CC BY
58
Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №s23 УДК 613.878:633.853.494
И. А. Яппаров, Р. Р. Газизов, З. Р. Исмагилов, С. И. Жеребцов,
И. М. Суханова, Л. М.-Х. Биккинина, М. М. Ильясов, Л. М. Яппарова
РАЗРАБОТКА УДОБРИТЕЛЬНОГО СОСТАВА НА ОСНОВЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ
БУРОГО УГЛЯ И ГЛАУКОНИТА И ВЛИЯНИЕ ЕГО НА УРОЖАЙНОСТЬ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Ключевые слова: бурый уголь, нановещество, глауконит.
Получены экспериментальные данные использования бурого угля в обычной и наноразмерной форме в сочетании с агроминералом глауконит в наноформе. Установлена более глубокая отзывчивость культуры на изучаемые формы по сравнению с фоном. Дополнительная прибавка урожая ярового рапса составила в зависимости от варианта 4-10%. Наиболее ощутимое увеличение урожайности культуры получено при совместном применении наноугля и НВГС 0,4%. - 10,2% по отношению к фону.
Keywords: brown coal, nanosubstances, glauconite.
Experimental data use of brown coal in the conventional and nanoscale form in combination with agromineralom glauconite in nanoform. Installed deeper responsiveness culture studied form compared to the background. Further increase in the yield of spring rape was 4-10%, depending on the variant. The most noticeable increase in crop yields obtained in the joint application nanouglya NVGS and 0.4%. - 10.2% with respect to the background.
Введение
Рост цен на минеральные удобрения, влияющий на рентабельность производства сельскохозяйственных культур, повсеместное ухудшение плодородия почв по многим параметрам, связанное с одной стороны, с сокращением внесения органических удобрений, а с другой - с растущей интенсификацией производства, обозначают проблему поиска дешевого действенного средства, альтернативы и дополнения к традиционным удобрениям. Это позволило бы решить проблему сохранения и воспроизводства почвенного плодородия, получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур высокого качества, производства экологически безопасного сырья.
Вышеперечисленными характеристиками обладает бурый уголь, который, благодаря своим свойствам и составу, может весьма положительно влиять как на улучшение состояния почв, их микробное сообщество, так и способствовать раскрытию потенциала урожайности полевых культур.
Бурый уголь и окисленные каменные угли низкой стадии метаморфизма не представляют значительного интереса в качестве энергетических источников. С другой стороны, комплексный химико-технологический подход к освоению этих ископаемых обеспечивает получение широкого класса химических веществ, которые могут исполь- зоваться в различных отраслях промышленности. Это обстоятельство должно вызывать значительный интерес к данным видам твердых горючих ископаемых (ТГИ) не только как к топливу, но и как к сырью для приготовления органических удобрений, получения сырых и модифицированных восков, ростовых веществ и биостимуляторов, медицинских препаратов, красителей для древесины, стабилизаторов и разжижителей в производстве строительных изделий, разнообразных материалов для сельского хозяйства, бытовой химии, химической технологии [1].
В исследованиях некоторых ученых указывается, что бурые угли, которые сформировались на ранних
этапах, представляют собой слоистую структуру, в которой органические и водные слои чередуются и формируют пространственный "полисэндвич". Доля воды в бурых углях составляет 47 - 49%. Было выяснено, что водные слои можно замещать иными веществами, которые широко используются в сельском хозяйстве [2].
Целесообразно также использовать бурый уголь для производства экологически чистых гуминовых удобрений, так как содержание гуминовых кислот достигает в них до 64% на ограниченную массу при средней влажности до 40% и зольности - 30% [3].
Сложность строения гуминовых веществ, в том числе входящих в состав бурого угля, определяет широкий спектр их применения как стимуляторов роста, микроудобрений, для борьбы с химическим загрязнением, улучшения структуры почвы и т.д. [4].
В ряде работ отмечается действие гуминовых веществ бурых углей на накопление органического вещества, водно-физические свойства почвы, увеличение урожайности зерновых, кормовых и овощных культур, повышение сопротивляемости растений к болезням, заморозкам и засухе. Приводится информация о том, что бурые угли связывают тяжелые металлы и очищают почву от вредных химических и биологических составляющих [5-10].
Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием нанотехнологий, которые дают возможность производить материалы и вещества с новыми свойствами, на порядок превышающими исходную активность макроаналогов. В связи с этим, актуальной задачей является разработка и получение высокоэффективных наноструктурных веществ из минерального сырья Республики Татарстан [11].
В последние годы в сельскохозяйственном производстве широко используются природные нерудные минералы (агроминералы) и их активированные аналоги. Применение этих веществ для улучшения агрохимических, агрофизических и микробиологических свойств почвы, в растениеводстве в качестве мелио-
рантов, удобрений и стимуляторов роста, в животноводстве в виде кормовых добавок сельскохозяйственным животным обусловлено наличием биогенных макро- и микроэлементов, высокими ионообменными, сорбционными и каталитическими свойствами. Одним из таких является глауконит Сюндюковского месторождения Республики Татарстан. Минеральный состав представлен глауконитом, кварцем, полевым шпатом и глинистыми минералами до 90,0-95,0%, цеолитом - 5,0-10,0% [12].
Учитывая специфические полезные свойства аг-роминералов месторождений РТ и бурого угля, накопленный опыт по их применению, перспективным направлением является получение на основе этих веществ наноструктурных веществ и разработка технологий их применения в сельскохозяйственном производстве [13].
Экспериментальная часть
Условия, методы и результаты исследований
Научные исследования проводились в вегетационном опыте по методике постановки опытного дела (Б.А. Доспехов, 1985г.). Объектами исследования являлись бурый уголь месторождения Кемеровской области; наноуголь, приготовленный из бурого угля путем размельчения до пылевидного состояния и доведения на приборе УЗУ до частиц размером 20-60 нм с последующим диспергированием в деионизированной воде; наноструктурная водно-глауконитовая суспензия (НВГС) на основе агроминерала глауконит Сюндюковского месторождения Республики Татарстан.
Средний химический состав бурого угля за вычетом золы и серы включает в себя: 50—77 % (в среднем 63 %) углерода, 26—37 % (в среднем 32 %) кислорода, 3—5 % водорода и 0—2 % азота.
Химический состав глауконита: Р2О5 - 9,7%, К2О - 1,8%, СаО - 32,8%, MgO - 1,4%, Fe2Oз - до 8,0%, А1203 - 2,4%, F - 2,3%, С02 - 4,0%, К20 + №20 -2,0%, SiO2 - 18,0%, SO2 - 3,8%.
Культура - яровой рапс сорта Юмарт.
Почва - серая лесная среднесуглинистая: содержание гумуса - 3,2%, Р2О5 - 108 мг/кг, К2О - 114 мг/кг, Нг - 3,1 мг-экв./100 г почвы, рНсол. - 5,5, сумма поглощенных оснований - 19,6 мг-экв./100 г почвы.
Обсчеты результатов исследований проводились с использованием современных приборов, компьютерных систем и программ.
Схема опыта:
1) Контроль без удобрений; 2) ^0Р60К60 - фон; 3) Фон+бурый уголь 1 т/га;4) Фон+бурый уголь 5 т/га; 5) Фон+наноуголь (обработка семян в дозе 0,25 кг/га); 6) Фон+ наноуголь (обработка семян в дозе 1,25 кг/га); 7) Фон+наноуголь (обработка семян в дозе 0,25 кг/га)+ (внекорневая обработка НВГС 0,4%); 8) Фон+наноуголь (обработка семян в дозе 1,25 кг/га)+ (внекорневая обработка НВГС 0,4%).
Бурый уголь вносили в почву до посева семян культуры, внекорневую обработку наноструктурной водно-глауконитовой суспензией (НВГС 0,4%) проводили двукратно в фазы образования листовой розетки и закладки соцветий. Повторность опыта трехкратная. В качестве фона вносили комплексное минеральное удобрение азофоску.
Результаты и их обсуждение
На первом этапе были определены состав и свойства бурого угля и гуматов.
Таблица 1 - Результаты элементного и технического анализа бурого угля и концентрации металлов в золе
Результаты элементного и технического анализа бурого угля
Wa, % Ad, % Vdaf, % Cdaf, % Hdaf, % (O+N+S) daf%
6,4 6,6 51,1 58,8 4,8 36,4
Примечание:
Обозначения и сокращения W - влага аналитическая; Ad- зольность на сухую пробу;
daf- dry ash free - сухое беззольное состояние топлива,
Vdaf-содержание летучих веществ на daf
Cdaf - содержание углерода на daf;
Hdaf - содержание водорода на daf;
Od¥- содержание кислорода на daf;
Ndaf - содержание азота на daf;
Sdaf - содержание общей серы на daf.
Анализ показал, что более всего в составе исследуемого бурого угля содержится углерода - 58,8% (табл.1). Он входит в состав гуматов бурого угля и является основой гуминовых кислот гумуса. Поэтому высокое его содержание в гуматах угля способствует поддержанию почвенного плодородия и его более быстрому воспроизводству.
Рис. 1 - Состав золы бурого угля
Характеризуя бурый уголь по различным соединениям, нужно отметить, что изначально он содержит большое количество оксида алюминия и кремнезема (рис. 1). При получении гумата, преимущественно в больших количествах, он обогащается оксидом калия до 50,5%, что делает его ценным, как калийное удобрение. Значительно увеличивается при этом содержание хлора по сравнению с исходным сырьем. Содержание остальных соединений незначительно.
Одним из важных этапов исследований являлось изучение действия веществ на развитие культуры и ее урожайность.
После уборки ярового рапса анализировали изменения в развитии культуры.
В варианте с бурым углем, внесенным в почву в дозе 1,5 т/га, прирост стеблей ярового рапса по сравнению с фоном увеличился в среднем на 2,1 см (1,8%). При обработке семян до посева раствором
наноугля в дозах 0,25 кг/т и 1,25 кг/т семян этот показатель составил в среднем 2,9 см (4,7%) и 4,1 см (6,7%) к фону соответственно.
Наилучшее действие на развитие растений показало комплексное действие наноугля в дозе 0,25 и 1,25 кг/т и внекорневая обработка 0,4% раствором НВГС. Высота растений в этих вариантах в среднем на 4,6 см (7,5%) и 6 см (9,8%) выше, чем у растений в варианте с фоном.
Количество развившихся стручков у ярового рапса является одним из важных элементов структуры урожая, по которому можно судить об уровне урожайности и эффективности изучаемых удобрений.
При увеличении дозы угля с 1,0 т/га до 1,5 т/га количество развившихся стручков увеличилось, а превышение по сравнению с фоном составило в среднем 5%. Хорошо отзывалась культура на обработку наноуглем в дозе 0,75 кг/т; на каждом растении насчитывалось в среднем по 9 стручков, что на 12% больше, чем в фоновом варианте.
Наибольшее количество стручков получено при совместном применении наноугля и наноглауконита. Если при их малой дозировке на каждом растении насчитывалось в среднем 9,2 стручка, то при увеличении дозы до 0,75 кг/т на каждом растении было уже в среднем 9,7 стручков, что на 21% больше по сравнению с фоном.
Определяли число семян в стручке. Если в варианте с бурым углем в дозе до 1,25 кг/т в среднем насчитывалось 15,3 семени, то уголь в наноразмерном виде способствовал образованию уже в среднем 15,6 семян ярового рапса в стручке, что на 7,3 % больше по сравнению с фоном. Наилучший результат наблюдали при замачивании семян в растворе наноугля и внекорневой обработке НВГС. При максимальной дозе наноугля в каждом стручке насчитывалось 17,4 семени, что в среднем на 17,2% и 11,5% больше, чем в фоновом варианте и при использовании только на-ноугля в той же дозе соответственно.
Анализ урожайности ярового рапса показал, что внесение минерального удобрения в качестве фона в дозе ^0Р60К60 способствовало прибавке урожая 1,18 г/сосуд (67,4%) по сравнению с контролем (табл.2).
Таблица 2 - Влияние различных доз и способов применения бурого угля, наноугля и НВГС на урожайность семян ярового рапса
Прибавка
JS О В °
Варианты S 1-1 U ft га О * к контролю к фону
о ^ г/ сосуд % г/ сосуд %
Контроль б/у 1,75 - - - -
N60P60K60 -фон 2,93 1,18 67,4 - -
Фон+ уголь 1т /га 2,93 1,18 67,4 0 -
Фон+ уголь 5т /га 3,05 1,3 74,3 0,12 4,1
Фон+нано-уголь (обработка семян 3,11 1,36 77,7 0,18 6,1
0,25 кг/га)*
Фон+ нано-уголь (обработка семян 1,25 кг/га) 3,18 1,43 81,7 0,25 8,5
Фон+нано-уголь (обработка семян 0,25 кг/га) НВГС 0,4%). 3,16 1,41 80,6 0,23 7,8
Фон+наноу-голь (обработка семян 1,25 кг/га)+ НВГС 0,4%). 3,24 1,49 85,1 0,30 10,2
НСР05 0,15 г/сосуд
Примечание: * - Доза вещества на гектарную норму высева культуры
Внесение бурого угля в более высокой дозе (5 т /га) способствовало увеличению урожайности на 0,12 г/сосуд (4,1%) по сравнению с фоном.
При обработке семян раствором наноугля в дозе
0.25.кг/т урожайность повысилась на 6,1%, а при более высокой дозе (1,25 кг/т семян) достоверное увеличение урожайности составило 0,25 г/сосуд (8,5%) по сравнению с фоном соответственно.
Наиболее ощутимая прибавка урожая ярового рапса получена при совместном применении наноуг-ля и НВГС 0,4%. Если при малой дозе наноугля (0,25 кг/т), урожайность повышалась на 0,23 г/сосуд (7,8%), то при увеличении дозы до 1,25 кг/т семян прибавка составила 0,30 г/сосуд (10,2%) по сравнению с фоном соответственно.
Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что использование угля как в обычной, так и в наноразмерной форме способствовало лучшему развитию культуры во время вегетации и приросту урожайности по сравнению с фоном на 4,110,2%. Наибольшая эффективность в опыте получена в варианте с обработкой семян суспензией наноугля в сочетании его с внекорневой подкормкой водной суспензией наноглауконита - 10,2% к фону.
Литература
1. С.И. Жеребцов. Экстракционные технологии и продукты переработки бурых и некондиционных углей / Уголь. - 2009. - № 7 (999). - С. 63-66.
2. В. Прозоровский Донецкий "сэндвич" Украиной не востребован./Вечерний Донецк - 15.03.2013 г.
3. А.С. Тодожокова, Г.П. Торопчина. Комплексная переработка бурых и каменных углей Горного Алтая/ Мате-риалы.межд.конф «Биоразнообразие, проблемы экологии
Горного Алтая и сопредельных регионов настоящее, прошлое, будущее,». - Научное издание. - г. Горно-Алтайск, 2005.
4. С.И. Жеребцов, Н.В. Малышенко, С.Ю. Лырщиков, З.Р. Исмагилов, О.А. Неверова, Д.А. Соколов, С.Л. Быкова, О.А. Исачкова, В.Н. Пакуль, Н.А. Лапшинов. Состав и биологическая активность гуматов бурого угля как стимуляторов роста сельскохозяйственных культур/ Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2014. - № 5 (105). - С. 102-106.
5. Ю. Белопухова Даешь угля на поля. /Арсентьевские Вести. №16(579)15 апреля 2004 г.).
6. С.И. Жеребцов, Н.В. Малышенко, С.Ю. Лырщиков и др. Функциональный состав гуматов бурого угля и их стимулирующая активность/ Междунар. научно-практ. конф. Комплексный подход к использованию и переработке угля. - Душанбе, 2013. - С. 96 - 97.
7. О.Н. Кобланова и др. Получение удобрений на основе водорастворимых гуминовых кислот и их влияние на сельскохозяйственные растения / Новости науки Казахстана. - 2008.- Вып. 2. - С. 133 - 138.
8. Н. А. Корниясова, О.А. Неверова, С.И. Жеребцов, З.Р. Исмагилов. Использование гуматов Na и K как стимуляторов роста овса в условиях породного отвала угольного разреза «Кедровский» / Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель: материалы Всероссийской научной конференции (Кемерово, 10 - 12 ноября, 2011г.).- Кемерово, 2011. - С. 75 - 77.
9. Б.В. Левинский// Все о гуматах. Иркутск, 2000.
10. Biopolymers, Lignin, Humic Substances and Coal//Hofrichter M., Steinbuechel (Eds.), Wiley-VCH, 2001, 523p. (10)
11. В.О. Ежков, Н.Ш. Хисамутдинов, А.Х. Яппаров, А.М. Ежкова, И.А. Яппаров, Е.С. Нефедьев, А.П. Герасимов. Изготовление наноструктурной водно-фосфоритной суспензии, изучение свойств и эффективность ee применения в сельскохозяйственном производстве / Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17. № 11. - С. 126-131.
12. В.О. Ежков, М.А. Поливанов, Л.М.-Х. Биккинина. Влияние наноструктурной водно-цеолитной суспензии на продуктивность гречихи./ Вестник Казанского государственного технологического университета. - Казань, 2013. - Т.16. - № 19. - С. 241-245.
13. В.О. Ежков, А.Х. Яппаров, Е.С. Нефедьев, А.М. Ежкова, И.А. Яппаров, А.П. Герасимов. Наноструктурные минералы: получение, химический и минеральный составы, структура и физико-химические свойства / Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17, № 11. - С. 41-45.
© И. А. Яппаров - д. б. н., врио директора ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», профессор кафедры технологии мясных и молочных продуктов КНИТУ, niiaxp2@mail.ru; Р. Р. Газизов - к.с.-х.н., ученый секретарь, заведующий отделом воспроизводства почвенного плодородия и питания растений, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», niiaxp2@mail.ru; З. Р. Исмагилов - д. х. н., профессор, директор института углехимии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, E-mail: IsmagilovZR@iccms.sbras.ru; С. И. Жеребцов - к. х. н., заведующий лабораторией химии бурых углей института угле-химии и химического материаловедения Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН, E-mail: sizh@yandex.ru; И. М. Суханова - к. б. н, в. н. с. отдела агрохимических и биохимических исследований, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения»; Л. М.-Х Биккинина - к.с.-х.н , зав. отделом агрохимических и биохимических исследований, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения»; М. М. Ильясов - к.с.-х.н , в.н.с. отдела разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения»; Л. М. Яппарова - м.н.с. отдела разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве, ФГБНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения».
© 1 A. Yapparov - Doctor of Sciences, Acting Director FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», professor of the department of meat and milk products technology "Kazan National Research Technological University", E-mail: niiaxp2@mail.ru R. R. Gazizov - candidate of Agricultural Sciences, scientific secretary, the head of the Department of reproduction of soil fertility and plant nutrition, FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru Z. R. Ismagilov - Doctor of Sciences, Full Professor, Director of the Institute of Coal Chemistry and Material Science SB RAS, E-mail: IsmagilovZR@iccms.sbras.ru S. I. Zerebtsov - candidate of Chemical Sciences, head of the Laboratory of Chemistry of brown coal, Institute of Coal Chemistry and Material Science SB RAS, E-mail: sizh@yandex.ru I. M. Sukhanova - candidate of Biological Sciences, from. Department of agrochemical and biochemical studies FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru L. M.-H. Bikkinina - candidate of Agricultural Sciences, Head of the Department of agrochemical and biochemical studies FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru M. M. Il'yasov - candidate of Agricultural Sciences, Senior Research Officer of the development department of biotechnology and nanotechnology in agriculture and animal husbandry, FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru L. M. Yapparova - research Assistant of the development department of biotechnology and nanotechnology in agriculture and animal husbandry, FGBNU "Tatar Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry», E-mail: niiaxp2@mail.ru
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 01.09.16. по 10.12.16.
