CC BY
29ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Естественно-математические науки
УДК 547.541.2.
Абдуллаева Л.Э., магистр кафедры «Окружающая среда и нефтяная промышленность» Азербайджанского государственного университета
нефти и промышленности, (Баку, Азербайджан)
МЕЛИОРАНТЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Аннотация. В статье показаны перспективы получения и применения мелиорантов на основе отходов промышленных производств, в частности, отходов древесины, илистых осадков озер и сточных вод, строительной пыли известняка, мрамора, магнетита, доломита и др. Представлены основные виды удобрений, применяемых для улучшения физико-химических свойств и повышения плодородия кислых и других типов почв.
Ключевые слова: мелиоранты, удобрения, отходы производства, известняк, мелиорация, доломитовая пыль
Стрессовые климатические условия и последующие изменения в экосистемах, а также интенсификация сельского хозяйства, орошение и внесение больших доз минеральных удобрений приводят к деградации земель и изменению устойчивости выращиваемых культур к вредным организмам, а значит к снижению их продуктивности и получению неполноценного урожая. Особенно острой такая проблема становится для земель в острозасушливых условиях. Для слабогумусированных почв требуются новые ресурсы питания, поэтому идет работа по изучению возможностей применения нетрадиционных удобрений-мелиорантов, физико-химических свойств, действий и последействий природных мелиорантов-сорбентов и иловых осадков после биоочистки сточных вод. Применяя оригинальный ферментно-кавитационный метод, ученые проверяют эффективность удобрения на полупустынных и деградированных землях, предлагают комплексные технические решения по мелиорации.
Недостаток легких почв заключается в том, что они плохо удерживают влагу и легко вымываются - вместе с водой в глубокие слои почвы уходят и внесенные в землю удобрения. Поэтому, прежде чем высаживать на таких почвах культуры, их необходимо улучшить. Производят улучшение путем внесения мелиорантов - органических соединений, смешанной с биогрунтом. И одним из лучших вариантов выступает торф. Его по отношению к почве берут в пропорции 1:1. Если почва кислая, перед внесением данного улучшителя ее обязательно раскисляют, независимо от того какую кислотность имеет сам торф.
Еще одним улучшителем легких почв выступает гидрогель. Обладая уникальной способностью удерживать и постепенно отдавать значительное количество воды, он обеспечивает растения влагой. Вместе с водой накапливает, удерживает и постепенно отдает им удобрения. Способствует процессам аэрации. Гидрогель не токсичен, «работает» при любых температурах, сохраняет свои свойства до 5 лет, разлагается на воду, азот и углекислый газ. Его применение позволяет увеличить интервалы между поливами в 3-5 раз, и обеспечивает экономию поливочной воды от 50 до 60 %. Оберегает культуры от пересыхания, что удобно, если на участок хозяева приезжают только по выходным. При этом вносить гидрогель можно как сплошь, так и непосредственно в
посадочные ямы. Это позволяет не только экономить ресурс, но и обеспечивать отдельные растения комфортными для них условиями обитания.
Для улучшения механического состава тяжелых почв используют цеолит. Пелит, вермикулит и песок. Цеолит повышает легкость, пористость, воздухопроницаемость и рыхлость грунта, он еще и препятствует образованию корки после полива. Хорошо удерживает влагу, аккумулирует удобрения, постепенно отдавая их растениям. Нейтрализует соли тяжелых металлов и избыток нитратов. Перлит не только улучшает механический состав почвы, но, имея нейтральную реакцию, несколько снижает ее кислотность. Вермикулит способен удерживать количество влаги, в 5 раз превышающей его вес. Это позволяет применять его и на глинистых, и на тяжелых болотистых почвах.
Так, в работе [1] отмечается, что основу природных сыпучих минералов глауконита, бентонита и цеолита составляет кремнезём БЮ2, глинозём А1203 и другие компоненты; глауконит содержит также К20 и MgO. Минералы обладают высокими сорбционными и ионообменными свойствами и являются мелиорантами пролонгированного действия. Из аморфного кремнезёма получают кремниевые удобрения.
С каждым годом структура сельского хозяйства сталкивается с проблемой снижения плодородности почвы и чтобы исправить эту ситуацию и привести к нормальному балансу показатель рН верхнего слоя земли, были разработаны специализированные удобрения - мелиоранты. В состав мелиорантов входят вещества, улучшающие механические, физические и биологические свойства земли. Это позволяет в короткие сроки значительно повысить качество почвы. Показатель влаги, наличия минеральных веществ и гумуса приводит к правильному соотношению и позволяет полноценно обеспечить растения всеми необходимыми веществами для отличного роста. Прежде всего в почву входят модифицированные мелиоранты. При смешении с грунтом гранул мелиоранта они создают прекрасную среду ,в которой могут развиваться любые сельскохозяйственные культуры, независимо от региона использования земли. Основные функции мелиорантов заключаются в следующем:
а)улучшение качества и структуры верхнего слоя почвы, питание растений кальцием и магнием - двойной эффект;
б)улучшение физических свойств земли, способность лучше удерживать влагу, корневую систему растений и тем самым увеличивать всходы посевов;
в)увеличение эффективности удобрения за счет химического соединения, рост катионно-обменной емкости почвы, регулирование рН показателя, создание источника кальция и магния для растений;
г)общее улучшение биологической картины, повышение количества микроорганизмов, отвечающих за плодородиый слой почвы.
Кроме того, использование мелиорантов значительно снижает риск заражения растений различными вредителями, способными снизить урожайность. Наиболее популярными мелиорантами на современном этапе являются Кальциприлл-110-ЛФ и Магниприлл-80-ЛФ, способные выравнивать показатель рН земли до пахотных норм, которые составляют 6,0-6,5.
Целью работы [2] является отбор и анализ наиболее актуальных удобрений-мелиорантов, оценка их применения при мелиорации орошаемых сельскохозяйственных земель. В основе исследования лежали экспериментальные и теоретические методы анализа, обобщения, сравнения данных. Проведенная характеристика удобрений-мелиорантов, используемых для мелиорации сельскохозяйственных угодий, позволила выделить, комплексные удобрения-мелиоранты, в состав которых входят промышленные отходы и природные сорбенты-мелиоранты. Проанализированы нетрадиционные удобрения-мелиоранты, созданные на основе осадка сточных вод с добавлением природного сорбента-мелиоранта. Формулы для определения оптимальных
доз удобрений-мелиорантов на агроландшафт с различной интенсивностью деградационных процессов, позволяющие минимизировать технологические процессы с большей экономической эффективностью. На участках с низкой интенсивностью процессов деградации следует вносить 100 г/м2 (или 1 т/га), в среднем - 350 г/м2 (или 3,5 т/га), при высокой интенсивности процессов деградации - 850 г/га. (или 8,5 т/га).
В работе [3] рассмотрены различные аспекты применения специальных органических мелиорантов на мелиоративных грунтах легкого гранулометрического состава. Оптимизация комплексных свойств рекультивированного слоя песчаной почвы под действием удобрения-мелиоративного состава оказалась более эффективной, чем при использовании немодифицированного торфа и навоза на фоне внесения минеральных удобрений. Урожайность почвы в год внесения мелиорантов достигла 4,04,8 т/га кормовых единиц при эффективности окупаемости 1 т мелиоранта, равной 110200 кг зеленой массы вико-овсяной смеси и получении 2,12. т/га зерна ячменя в последействии. Отмечено значительное улучшение гумусового статуса, значения рН, содержания подвижных форм элементов питания в рекультивированной почве, а также ее биологической активности.
В работе [4] рассматривается процесс распределения жидких мелиорантов на поверхности их нанесения с помощью устройства для внесения жидких мелиорантов. Само устройство крепится к рабочему органу обработки почвы - рубочной стойке культиватора-глубокорыхлителя. Для определения качества распыляемой жидкости и ее распределения на поверхности нанесения были проведены лабораторные исследования. Исследования были направлены на определение оптимального размера диаметров отверстий устройства для создания качественного факела распыления газожидкостной струи мелиорантов. В ходе экспериментов было выявлено, что рациональные диаметры внешнего (О) и внутреннего трубопроводов устройства для внесения жидких мелиорантов составляют D = 7 мм, d = 5 мм.
Рост заболеваемости ризоманией (вирус некротической желтой жилки свеклы, передаваемый Ро1утуха Ъ^ав), впервые наблюдавшийся на сахарной свекле 25 лет назад. Обозначено влияние этого заболевания на урожайность, процесс заражения, распространение, биологию и динамику заражения сахарной свеклы Р. Ъвtaв. Показано влияние мелиорантов на этот процес [5].
В работе [6] рассматривается влияние новых мелиорантов на качественный и количественный состав микрофлоры подзолистой песчаной почвы и рост саженцев сосны. Выявлена активизация микробиологических процессов и роста растений на мелиорированных участках.
Отмечается, что загрязнение почвы бензином сопровождается сильным негативным воздействием на растения из-за изменения его физико-химических свойств, в основном из-за повышения гидрофобности и заполнения капилляров почвы бензином и прямого токсического действия нефтяных углеводородов. Цеолит (клиноптилолит) -экологически безопасный эффективный мелиорант для рекультивации и восстановления загрязненных почв. В статье [7] представлены данные о влиянии различных концентраций бензина в почве на рост и развитие пшеницы с использованием цеолитного мелиоранта. Показано, что внесение цеолита в загрязненную бензином почву оказывает значительный мелиоративный эффект и улучшает развитие тест-культуры.
В работе [8] изучено влияние мелиорантов фракций тяжелых металлов на песчаные дерново-подзолистые почвы.
Сообщается [9], что применение удобрений в овощеводстве в России всегда было высокоэффективным, увеличивая урожай овощных культур на 20-40%, а при орошении -в 1,5-2 раза. Также очень эффективны химические мелиоранты (известь, гипс). На кислых почвах известь оптимизирует реакцию почвенной среды и снижает вредоносность грибковых заболеваний, а на щелочных почвах южных регионов
применение гипса позволяет резко снизить заболеваемость овощными растениями бактериальными заболеваниями. Совместное применение органических, минеральных удобрений в сочетании с регуляторами роста и мелиорантами в условиях орошения позволяет повысить урожайность основных культур на 37-71% на аллювиальных луговых почвах и на 81-136% на черноземе обыкновенном, обеспечивающая высокую рентабельность отрасли овощеводства.
Показано, что песок пустыни подвержен дефляции, что при строительстве и эксплуатации железных дорог в песчаной пустыне приводит к заполнению железнодорожного пути песком и размыву земляного полотна. Чтобы предотвратить это явление, поверхность песка закрепляют связующим (мелиорант), которое разбрызгивается на спущенную поверхность. Проникновение рабочего состава связующего из-за характеристик измельчения сопровождается неравномерным распределением вещества, что предлагается для характеристики коэффициента насыщения. Выявлены особенности взаимодействия вяжущего и песка, из которого образуется защитная корка, что позволило изменить характер пропитки. Предварительное смачивание позволяет уменьшить поровое пространство песка, изменить характер переноса вещества при пропитке в капилляр, и повысить равномерность пропитки, что в результате позволяет получить ресурсосберегающее решение при фиксации движения песка [10]
В патенте [11] описан способ получения биоминеральных удобрений, включающий сочетание сухих или жидких минеральных удобрений и мелиорантов с микробной биомассой; в первом варианте в качестве микробной биомассы используется микробиологическое удобрение или препарат, созданный на основе агрономически полезных микроорганизмов в виде сухого мелкодисперсного порошка с титром 102105 кл /г, который вносится на сухое минеральное удобрение или мелиорант. или вносить в жидкие минеральные удобрения в дозе 2-6 кг/т; во втором варианте в качестве микробной биомассы используется микробиологическое удобрение или препарат, созданный на основе агрономически полезных микроорганизмов в жидкой форме с титром 104-107.кл/г, который вносят на сухие минеральные удобрения или мелиоранты мелкодисперсным опрыскиванием или вносят в жидкие минеральные удобрения в дозе 1-4 кг/т. Это изобретение позволяет повысить эффективность внесения вносимых в почву минеральных удобрений культурными растениями с целью повышения их урожайности.
Целью исследования [12] является оценка экологического нормирования использования химических мелиорантов и удобрений для мелиорации солонца. Научной проблемой работы является изучение влияния химических мелиорантов, доз фосфогипса и азотных удобрений на содержание подвижного фтора в почве.
Приведены результаты химических испытаний местных рекультиваторов (золы различных месторождений и феррохромовых заводских шлаков) с целью изучения возможностей их использования для химической рекультивации почв. Внимание было уделено исследованию поведения загрязнителя (стронция) в системе мелиоративно-кислая почва-растение-грунтовые воды. Использовали трассерный метод, в качестве метки применяли 85Бг. Рассмотрены перспективы применения цеолита для регулирования поведения стронция после внесения мелиоратора в почву. Было показано, что применение цеолита позволяет регулировать поведение стронция в системе мелиоративный грунт-растение-грунтовые воды. При этом рекомендованы к применению модифицированные цеолиты, обладающие высокой селективностью по Sr [13].
В работе [14] впервые выполнено экспериментальное обоснование возможности переработки фосфор- и борсодержащих отходов для освоения нового класса минеральных удобрений - химических мелиорантов. Установлено, что подбор
оптимальных условий регенерирующей сорбции фосфатов: борат-ионы на фосфогипсе при изменении соотношения фосфор- и борсодержащих сточных вод и pH загрязнения воды.
Проблема поиска эффективного мелиоративного сорбента с целью восстановления сельскохозяйственных угодий, загрязненных нефтью и продуктами ее переработки, имеет особую экономическую ценность. Проведен анализ отечественного и зарубежного опыта использования сорбционного метода рекультивации нарушенных почв. Установлено, что природные сорбционные материалы по такой объективной причине как: широкое использование в окружающей среде, низкая стоимость использования, высокие сорбционные свойства, экологичность, безопасность, являются наиболее привлекательными. Чтобы выбрать эффективный природный адсорбент, необходимо провести лабораторный анализ. Проведена абсорбция свойств выбранных минералов: активированного угля, цеолита и вермикулита, на светло-коричневых среднеглинистых почвах, загрязненные нефтью и нефтепродуктами, и их основные физико-химические характеристики были определены. Представлены результаты исследования. Установлено, что доля извлечения нефтепродуктов из почвы с использованием вермикулита составила 36%, цеолита - 76%, активированного угля -67%. На основании полученных данных можно сделать вывод, что использование природного цеолита не только способствует для лучшей сорбции, но также позволяет удерживать накопившийся сорбат в порах минерала на длительный период времени, предотвращающий десорбцию загрязняющих веществ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пындак В.И. Природные мелиоранты на основе кремнезёмов и глинозёмов / В.И. Пындак, А.Е. Новиков // Известия Нижневолжского Агроуниверситетского комплекса. - 2015. - № 2. - С. 23-26.
2. Mityaeva L. Features of application of the fertilizer-meliorants in reclaiming irrigated agricultural lands // Bulletin of Science and Practice. - 2018. - Vol. 4, N 12. - pp. 252-261.
3. Sokolov O. Effectiveness of meliorants at reclamation of disturbed lands of light granulometric composition // Мелиорация. - 2014. - № 2. - С. 103-111.
4. Vasilyev A.A. Mechanized spraying of liquid meliorants / A.A. Vasilyev, S.A. Vasilyev N.P. Shkilev // IOP Conference Series and Environmental Science. - 2020. -Vol. 421, N 3. - pp 32026-32034.
5. Matsevetskaya N.M. Influence of meliorants on colonization of sugarbeet roots by fungus vector of rhizomania // Защита и карантин растений. - 2000. - № 3. - С. 44-48.
6. Gordeyeva T.Kh. Effect of non-traditional meliorants on the microbiological activity of soil and growth of plants // Научный журнал Куб.ГАУ. - 2012. - Т. 81. - № 7. - С. 81-87.
7. Eprikashvili L. Natural nanomaterials - zeolites, as meliorants of petrol-polluted soils // L. Eprikashvili, T. Kordzakhia, G. Tsintskaladze, M. Dzagania // International Journal of Advanced Research. - 2018. - Vol. 6, N 10. - pp. 1201-1205.
8. Plekhanova I.O. The effects of the meliorants ofn the fractions of heavy metals in sand soddy-podzolic soils / I.O. Plekhanova, Yu. D. Kutukova // Abstracts of 3-d International Conference Ground water Quality. - 2001. - Sheffield. - UK.- pp. 18-21
9.Borisov V.A. Efficiency of application of fertilizers and meliorants in vegetable growing / V.A. Borisov, O.A. Razin, M.I. Ivanova, V.I. Vasyukov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2021. - Vol. 650, Issue 1, pp. 12072-12075.
10. Mirakhmedov M. Theoretical bases of impregnation without pressure of meliorants and the application of their features in practice of fixing mobile sands // Transport Problems. -2020. - Vol. 15, N 4. - pp. 39-45.
11. Patent RU 2512277C1, 2012 Method of obtaining biomineral fertilisers and meliorants / В.К. Чеботарь, С.В. Ерофеев.
12. Sarsenova A.A. Eco toxicological assessment of the usage of chemical meliorants and fertilizers on the content of movable fluorine in humus shallow solonetz of the Northern Kazakhstan / A.A. Sarsenova, N.Y. Kazantsev // 5-th International scientific-practical conference on heavy metals and radionuclides in the environment. - 2008. - Semey. -Kazakhstan. - pp. 54-57.
13.Velichko V.A. Regulation of migration and translocation of strontium when untraditional chemical soils meliorants application / V.A. Velichko, A.I. Okonskiy, E.L. Shestakov, N.P. Panov // Доклады Росссийской Академии Сельскохозяйственных наук. -1993. - Т. 25б № 14. - с. 19-22.
14.Tanasheva M. Physical and chemical foundations of ecological and energy safe non-wasting technologies of reseaving of chemical meliorants. / Tanasheva, M., Beisembaeva, L., Kalabaeva, M., Omarov, A // Chemical Bulletin of Kazakh National University. - 2011. -Т. 61. - № 1. - С. 286-289.
