CC BY
161
Литература
1. Керженцев А.С., Майснер Р., Демидов В.В. Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна - М.: Изд-во Наука, 2006. - 224 с.
2. Литвин Л.Ф., Кирюхина З.П. Почвенно-эрозионная миграция биогенов и загрязнение поверхностных вод / Эрозия почв и русловые процессы, вып. 14. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - С. 45-63.
3. Черкасов Г.Н. Основные направления экологизации земледелия / Экологизация земледелия и оптимизация аг-роландшафтов. - Курск: Изд-во ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2014. - С. 3-8.
4. Турусов С.И. Агроэкологические проблемы современного земледелия и пути их решения / Экологизация земледелия и оптимизация агроландшафтов. - Курск: Изд-во ФГБНУ ВНИИЗиЗПЭ, 2014. - С. 8-15.
5. Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв: учебник, изд. 2-е перераб. и дополн. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - 352 с.
6. Кузнецов М.С., Демидов В.В. Эрозия почв лесостепной зоны Центральной России: Моделирование, предупреждение и экологические последствия. - М.: Изд-во Полтекс, 2002. - 184 с.
7. Демидов В.В., Мушаева Т.И. Миграция химических веществ в период весеннего снеготаяния на территории аграрного ландшафта // Агрохимия, 2016, № 7. - С. 66-71.
8. Демидов В.В. Закономерности формирования эрозионных процессов при снеготаянии в лесостепной зоне Центральной России: теория и экспериментальные исследования. - Новосибирск: Изд-во ЦРНС, 2016. - 62 с.
9. Подлесных И.В., Зарудная Т.Я. Аккумуляция простейшими гидротехническими сооружениями биогенных веществ во время весеннего стока / Сборник статей X Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда». - Курск: Изд-во ЮЗГУ, 2018. - С. 188-191.
УДК 631.41:553.543 DOI 10.24411/0235-2516-2019-10054
СОСТАВ И СВОЙСТВА ГОРНОЙ ПОРОДЫ СЕРПЕНТИНИТ И ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕЕ В КАЧЕСТВЕ МЕЛИОРАНТА ПОЧВ
В.П. Власенко, д.с.-х.н., А.В. Осипов, к.с.-х.н., В.В. Костенко
Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина, е-mail: [email protected]
Приведены результаты исследования возможности применения серпентинита молотого в качестве мелиоранта почв и предложены пути расширения сферы его использования. Площадь почв с кислой реакцией среды в Краснодарском крае в 2012 г. составляла 323300 га (4,3% от площади края), причем кислые (в разной степени) почвы выделены в подавляющем большинстве на землях сельскохозяйственного назначения, на которых (особенно при использовании под пашню) повсеместно отмечается подкисление почв вследствие применения удобрений. Установлено, что в существующем виде серпентинит молотый целесообразно использовать на кислых почвах (рННО < 5,5), при смешивании его с кальцийсодержащими веществами (доломитовая мука) сфера возможного применения расширяется до нейтральных почв (рНы2О 5,5-7,0), при добавлении фосфогипса (рННО 2,2-4,5) использование серпентинита в качестве удобрения целесообразно на всех типах почв.
Ключевые слова, кислотность почв, мелиорация, утилизация отходов, порода, серпентинит.
THE COMPOSITION AND PROPERTIES OF THE SERPENTINE ROCK AND THE POSSIBILITY OF USING IT AS A MELIORANT OF SOILS
Dr.Sci. V.P. Vlasenko, Ph.D. A.V. Osipov, V.V. Kostenko
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin, e-mail: [email protected]
The results of the study of the possibility of using ground serpentinite as a soil ameliorant are presented and the ways of expanding the scope of its use are proposed. The area of soils with acidic reaction of the environment in the Krasnodar region in 2012 was 323300 hectares (4.3% of the area of the region), and acidic (to varying degrees) soils are allocated in the vast majority on agricultural land, which (especially when used under arable land) everywhere there is acidification of soils due to the use offertilizers. Established in its current form serpentinite ground should be used on acidic soils ФНН2О < 5.5), when mixed with calcium-containing substances (dolomite powder) scope of possible applications is extended to neutral soils ФНН2О 5.5 and 7.0), adding phos-phogypsum ФНН2О 2.2-4.5), the use of serpentinite as fertilizers suitable for all soil types.
Keywords. soil acidity, reclamation, wastes utilization, parent rock, serpentinite.
Оптимальный уровень реакции почвы служит интегральным показателем, учитывающим биологические особенности растений, а также содержание в почве фитотоксических катионов, гумуса, фосфора, микроэлементов [1, 2]. В Нечерноземной зоне России высокая кислотность подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почв - одно из основных препятствий получения стабильной и высокой урожайности сельскохозяйственных культур и максимального использования питательных элементов минеральных удобрений. Кислотность почв обусловлена наличием ионов Н+ и А13+, при рН <5,0 А13+ освобождается из кристаллической решетки глинистых минералов и переходит в раствор. Концентрация А13+ 3-7 мг/100 г почвы ионы токсична для большинства растений [3]. Ионы А13+ встречаются реже, чем ионы водорода при рН > 5,0 и наоборот доминируют в почвах с сильнокислой реакцией почвенной среды [4-6]. В условиях избыточной кислотности почв токсичность ионов водорода для растений проявляется слабее, чем алюминия. Поэтому иммобилизация алюминия в труднорастворимое состояние из почвенного раствора за счет взаимодействия с гумусом и фосфатами способно оптимизировать уровень почвенной кислотности [7, 8]. Эффективным приемом нейтрализации кислотности почв является известкование, что служит их коренной мелиорацией [9-12].
На территории Северного Кавказа находятся огромные запасы полезных ископаемых, в том числе и таких агроруд, как серпентинит, марганцевая руда, глаукониты, гипс, фосфориты, апатиты, известняки и др. Они содержат многие необходимые для питания растений макро- и микроэлементы: кальций, магний, калий, фосфор, марганец, цинк, бор, медь, кобальт, молибден и др.
Опытами кафедры агрохимии Кубанского ГАУ в течение ряда лет изучены приемы использования серпентинита и других агроруд под основные зерновые и технические культуры. Показано, что, несмотря на отсутствие прибавок урожая свеклы в опытах на выщелоченном черноземе (учхоз «Кубань»), внесение серпентинита способствует увеличению содержания сахара в корнях свеклы на 0,2-0,4%, что обеспечивает дополнительный сбор с каждого гектара до 1,8 ц [12].
Цель исследований - изучение состава и свойств горной породы серпентинит и определение возможностей использования ее, с одной стороны для утилизации отходов (экологический аспект), с другой - в качестве почвенного мелиоранта (агрохимический аспект).
Объекты и методы. Изучали серпентинит молотый Тамского месторождения, расположенного в Беденском горном массиве, в районе пос. Азиатский, в нескольких километрах от села Курджиново (Карачаево-Черкесская Республика).
Определяли: валовой химический анализ рент-генофлюоресцентным методом (ГОСТ 3385-2016); гранулометрический состав методом Качинского (ГОСТ 12536-79); состава поглощенных оснований методом Каппена-Гильковица (ГОСТ 26487-85); органическое вещество по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); подвижный фосфор (Р2О5) и обменный калий (К2О) по (ГОСТ 26213-91); рНн2о потенциометрическим методом (ГОСТ 26423-85).
Результаты исследования. По гранулометрическому составу представленный к исследованию серпентинит молотый относится к легким суглинкам (табл. 1).
Песчаная фракция состоит из первичных минералов (кварц и полевые шпаты) и представлена, прежде всего (39,0%), фракцией мелкого песка размером частиц 0,05-0,25 мм. Эта фракция отличается высокой водопроницаемостью, некоторой капиллярностью и влагоемкостью, не набухает, не пластична. Характеризуется крайне низкой поглотительной способностью.
Фракция крупной пыли (34,3%) по минералогическому составу приближается к песчаной, имеет невысокую поглотительную способность и влаго-емкость, не пластична, слабо набухает, отличается низкой величиной удельной поверхности 1-2 м2/г.
Фракция средней пыли (11,2%) характеризуется низкой удельной поверхностью 2-10 м2/г, не способна к коагуляции, но удерживает влагу и набухает. Вследствие повышенного содержания слюд отличается связностью и пластичностью, имеет плохую водопроницаемость.
Фракция мелкой пыли (7,3%) состоит не только из первичных, но и вторичных минералов. В связи с этим фракция мелкой пыли имеет свойства, не присущие более крупным фракциям. Она способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью. Ее удельная поверхность превышает 50 м2/г.
Ил (7,4%) состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов. Илистая фракция имеет большое значение в создании почвенного плодородия. Благодаря высокой удельной поверхности, достигающей 200-250 м2/г, она играет главную роль в физико-химических процессах, протекающих в почве. Ил отличается высокой поглотительной способностью, особо важная роль в структурообразовании и формировании почвенного поглощающего комплекса (ППК) принадлежит коллоидной части этой фракции.
Анализ гранулометрического состава серпентинита молотого дает основание утверждать о вполне приемлемом соотношении фракций, приблизительно соответствующих составу предполагаемого объекта мелиорации - кислых почв подзолистого (лесного) типа почвообразования.
Серпентинит (от лат. serpens - змея) - горная порода, включающая в себя серпентин Mg6[Si4Oio](OH)s в качестве базового элемента, составляющего не менее 50% от общего объема породы, а также тальк Mg3Si4Oio(OH)2, пирротин FeS, энстатит MgSiO3, фаялит (Feo,94Mgo,o6)2SiO4, минералы с общей химической формулой FexOy, как правило, это магнетит Fe3O4, реже - гематит Fe2O3 и др. Число различных минералов, входящих в состав серпентинита, может доходить до 100 без учета «следов» химических элементов.
Данные таблицы 2 показывают, что преобладающим компонентом химического состава серпентинитов Тамского месторождения является окись кремния (44,0%), далее по убыванию следуют оксиды железа (6,5%), магния (4,1%), кальция (2,2%), алюминия (2,0%). Доля оксидов калия, марганца, никеля и хрома в сумме не превышает 1,0%, что вполне соответствует их распределению в земной коре с одной стороны и с другой стороны свидетельствует о потенциальной возможности серпентинита выступать в качестве источника микроэлементов, необходимых для роста и развития сельскохозяйственных культур. Обращает на себя внимание соотношение содержания оксидов кальция и магния (1:2), которое, по мнению Н.И. Акановой [9], не должно превышать 1:8 и в этом отношении является близким к оптимальному.
Главным свойством, определяющим предполагаемый мелиорирующий эффект серпентинита на кислых почвах, служит реакция среды - рНн2о 9,2, которая связана с относительно высоким содержанием ионов СОз2- (0,36 мг-экв/100 г) и НСОз- (0,93 мг-экв/100 г), при этом по сумме солей (0,135%) серпентинит относится к незасоленным продуктам.
Элементы питания в серпентините содержатся в незначительном количестве: азота не более 3,72 мг/кг, в т.ч. аммонийного 1,77 мг/кг, нитратного 1,95 мг/кг; фосфора 3,9 мг/кг, калия 53 мг/кг. Такие характеристики не позволяют считать возможным его использование в качестве минерального удобрения без предварительной доработки (обогащения фосфором и калием). Весьма значительное содер-
жание валовых форм магния (4,1%) и его подвижных (обменных) составляющих (15,8 мг-экв/100 г) позволяет предположить возможность использования серпентинита в качестве магниевого удобрения, однако вопрос о дозах и способах применения его требует специального изучения.
Ионообменные свойства серпентинита характеризует сравнительно невысокая сумма поглощенных оснований (24,4 мг-экв/100 г), в составе которых доля кальция составляет 35,2%, магния - 64,8%, что связано, с одной стороны - с легким гранулометрическим составом (качеством размола продукта), с другой - с особенностями минералогического состава. Вне зависимости от причины такого состояния поглощающего комплекса предполагается возможность сравнительно легкого и быстрого перехода имеющихся катионов кальция и магния в почвенный раствор и, следовательно, осуществления мелиорирующего эффекта, состоящего в изменении состава поглощающего комплекса почв. Скорость процесса будет зависеть от реакции почвенной среды (быстрее всего на сильнокислых почвах) и от ее влажности (быстрее в условиях орошения).
Вызывает определенное опасение возможность возникновения эффекта «магниевой солонцевато-сти» в почвах, которую связывают с присутствием в почвенном поглощающем комплексе ионов магния в количестве, которое в серпентините почти вдвое превышает содержание кальция. И хотя по данным исследований Н.Б. Хитрова [13], сам термин «магниевая солонцеватостъ» не вполне корректен, есть смысл обогащать агромелиорант, изготовленный на основе серпентинита кальцийсодер-жащими компонентами (фосфогипс).
Анализ водной вытяжки серпентинита показывает отсутствие в нем токсичных (водорастворимых) солей - не более 0,135%.
Исследованиями установлено весьма высокое значение реакции почвенной среды (рНн2о до 9,2) в серпентините, которое выходит за пределы оптимальных значений для большинства сельскохозяйственных культур. В тоже время, деятельность Белореченского химкомбината («Комбината плодоро-
1. Данные гранулометрического анализа серпентинита (лаборатория ОАО «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ) 2017 г.
Гигроскопическая влажность, % Содержание фракций, % от абс. сухого вещ-ва Сумма фракций (0,050,001 мм) пыль, % Сумма фракций (1-0,05 мм) песок, % Наименование гранулометрического состава
1-0,25 мм 0,250,05 мм 0,050,01 мм 0,010,005 мм 0,0050,001 мм менее 0,001 мм сумма фракций менее 0,01 мм
0,9 0,8 39,0 34,3 11,2 7,3 7,4 25,9 52,8 39,8 Легкий суглинок
2. Данные валового химического анализа
Маркировка пробы Соде ржание оксидов, %
SiO2 CaO AI2O3 Fe2O3 MgO K2O MnO NiO СГ2О3
Серпентинит молотый 44±1 2,2±0,2 2,0±0,1 6,5±0,2 41±1,0 0,10±0,01 0,13±0,02 0,50±0,05 0,026±0,02
дия») в Краснодарском крае привела к накоплению свыше 10 млн. т фосфогипса. Хранение отхода, получаемого при производстве аммофоса осуществляется в шламонакопителях, технические характеристики которых оставляют желать лучшего. Это обусловлено наличием 5-8 метровой толщи сильнокислого (рН около 2,0) фосфогипса. Применения фосфогипса с положительным эффектом хорошо показано на черноземе выщелоченном сильноуплотненном (прибавка урожайности зерна озимой пшеницы составила 5,2 ц/га) [14], при этом совершенно не освещается (или остается неисследованным) механизм мелиорирующего воздействия в условиях кислой реакции среды.
По данным И.А. Шильникова и др. [6], кальций-содержащие вещества (дефекат и фосфогипс) обладают различным влиянием на почвенную среду и состав ППК; внесение дефеката приводит к благоприятному изменению почвенной среды и полностью насыщает ППК основаниями, но не приводит к вытеснению из ППК магния; внесение фосфогип-са неблагоприятно воздействует на почвенную среду, но приводит к вытеснению части магния из ППК. Не вдаваясь глубоко в теоретическую основу процессов, возможно происходящих в почвах, мелиорируемых фосфогипсом в любых сочетаниях необходимо все же четко определить приоритеты:
- на первом месте стоит необходимость утилизации отходов промышленного производства (серпентинит, фосфогипс и т.д.);
- на втором - поиск объектов (почв), где применение серпентинита или его сочетаний с другими химическими реагентами окажется наиболее эффективным, как в экономическом смысле, так и в экологическом аспекте.
Выводы и предложения. С нашей точки зрения совместное использование фосфогипса и серпентинита или агромелиоранта, полученного на их основе привело бы к одновременному решению двух задач: экологической - утилизация отходов и агрономической - улучшение водно-физических свойств переувлажняемых почв черноземного типа. Возможной областью применения серпентинита молотого могут быть кислые почвы с рН < 5,5. Дозы и способы внесения, а также исследование механизма и кинетики мелиоративного действия требуют дальнейшего исследования. С целью расширения ареала возможного применения серпентинита молотого на почвах с рН 5,5-7,0 необходимо обогащение его кальцийсодержащими продуктами, к примеру, смешивание с фосфогипсом. Вследствие высокой щелочности серпентинита молотого весьма перспективным представляется исследование возможности изготовления агроудобрения на основе соединения серпентинита с фосфогипсом, имеющим кислую реакцию среды (pHшo 2,0-4,5) и определенное количество подвижных фосфатов. В случае получения положительных результатов, область применения серпентинита в качестве удобрения-мелиоранта становится практически неограниченной.
Литература
1. Авдонин Н.С. Известкование кислых почв. - М.: Колос, 1976. - 304 с.
2. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Изменение некоторых свойств почвенно-поглощающего комплекса дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под влиянием известкования // Агрохимия, 1997, № 10. - С. 5-12.
3. Ahmed M. Iron, manganese, zinc and copper contents of some inorganic fertilizers // Malaysian Agric. J., 1975, v. 50. - Р. 100.
4. Небольсин А.Н. Теоретическое обоснование известкования почв Северо-Запада НЧЗ РСФСР: автореф. дисс. д.с.-х.н. - М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 1983. - 42 с.
5. Шильников И.А., Удалова Л.П., Иванова В.Ф., Колосова А.Ф. Эффективность повторного известкования дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы // Агрохимия, 1983, № 6. - С. 46-52.
6. Шильников И.А., Сычев В.Г., Аканова Н.И., Федотова Л.С. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. Монография. - М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2008. - 331 с.
7. Небольсин А.Н., Небольсина З.П. Теоретические основы известкования почв. - С-Пб.: ГНУ ЛНИИСХ Россель-хозакадемии, 2009. - 347 с.
8. Сапожников Н.А., Корнилов М.Ф. Научные основы систем удобрения в Нечерноземной полосе. - М.: Колос, 1977. - 296 с.
9. Аканова Н.И. Агроэкологическая и энергетическая эффективность сочетания известкования с минеральными удобрениями: автореф. дисс. д.с.-х.н. - М.: ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова, 2001. - 56 с.
10. Богданов Н.М., Хлыстовский А.Д., Опимах В.П. К вопросу об известковании почв // Агрохимия, 1975, № 10. -С. 55-62.
11. Колосова А.Ф. Эффективность повторного известкования дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы в звене полевого севооборота со льном: автореф. дисс. к.с.-х.н. - М.: ВИУА, 1987. - 24 с.
12. Мязин Н.Г. Влияние применения удобрений и мелиорантов на показатели почвенного плодородия // Агрохимия, 1997, № 2. - С. 26-30.
13. Хитров Н.Б. Генезис, диагностика, свойства и функционирование глинистых набухающих почв Центрального Предкавказья. - М.: Россельхозакадемия, 2003. - 505 с.
14. Шильников И.А. Пути повышения эффективности известкования и баланс кальция в пахотных почвах Нечерноземной зоны: автореф. дисс. д.с.-х.н. - М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 1983. - 56 с.
