CC BY
16
УДК 631.81.552.52(479.24) DOI: 10.24412/1029-2551-2021-1-010
ВЛИЯНИЕ СОВМЕСТНОГО ВНЕСЕНИЯ В ПОЧВУ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ С БЕНТОНИТОМ С ЦЕЛЬЮ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ ПИТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПЕРЕХОДА ИХ В УСВОЯЕМЫЕ ФОРМЫ
1М.И. Мамедов, д.с.-х.н., 2С.А. Мамедова, к.х.н.
1Институт Почвоведения и Агрохимии НАНА, e-mail: mamed-mamedov-52@mail.ru 2Институт Катализа и неорганической химии им. акад. М. Нагиева НАНА, e-mail:
saadat.mammadova1954@mail.ru
Представлены результаты лизиметрических исследований на горно-коричневых почвах Горного Ширвана Азербайджана при применении минеральных удобрений на виноградниках в дозе N100P100K120. Установлено, что смыв азота составил 7,3%, фосфора - 0,88, калия - 5,49%, в случае смешивания минеральных удобрений с бентонитом в соотношении 1:2 эти потери составили соответственно 0,43%; 1,06 и 0,82%. По сравнению с естественным фоном, применение бентонитовой глины приводит к увеличению количества N-NO3 в почве. Это связано с тем, что катионы удобрения, в частности аммиачной селитры (NH4+), поглощаются отрицательно заряженными частицами поверхности глины, в связи с чем их переход в нитратную форму слабеет, при этом эффект влияния удобрения длится дольше. Адсорбционные свойства минерала бентонита дают возможность значительно уменьшить вымывание азота и калия до 35раз в зависимости от применяемых соотношений. Минеральные удобрения и бентонит в соотношении 1:5 обеспечивают питание виноградников элементами до конца стадии развития. Увеличение концентрации фосфора в лизиметрических водах связано с переходом закрепленной формы фосфора в усвояемые, что с экологической и практической точки зрения имеет большое значение.
Ключевые слова : бентонит, минеральное удобрение, лизиметрия, адсорбция, смыв, инфракрасный спектр, водородные связи, проблема азота, Азербайджан.
IMPORTANCE OF MINERAL FERTILIZERS APPLICATION WITH BENTONITE IN PREVENTING LOSS OF NUTRITIONAL ELEMENTS AND THEIR TRANSFORMATION INTO ABSORBING FORMS
1Dr.Sci. M.I. Mammadov, 2Ph.D. S.A. Mammadova
1 Institute of Soil Science andAgrochemistry of ANAS, e-mail: mamed-mamedov-52@mail.ru 2Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry named after academician M. Naghiyev of ANAS,
e-mail: saadat.mammadova1954@mail.ru
From lysimetric researches carried out under vineyards in mountain-brown soils of Mountain Shirvan in the Azerbaijan, while washing out 7.3% nitrogen, 0.88% phosphorus, 5.49% potassium from the given mineral fertilizers in an application of mineral fertilizers at N100P100K120, it was 0.43; 1.06; 0.82% correspondingly at a ratio 1:2 with bentonite mineral. Applying of bentonite clay in the background of mineral fertilizers, unlike the natural background, has led to a significant increase of N-NO3 in the soil. This is connected to the fact that the fertilizer cation (NH4+) was absorbed in an exchange form by the negative charged surface of the clay particles and its transition to nitrate weakened and the impact duration of the fertilizer extended. As shown by the obtained results, the adsorption properties of bentonite mineral have reduced the prevention of nitrogen and potassium wash up to 35 times, depending on the applied rates, which have been provided nutritional elements for a long time that is by the end of development stage of the grape plant. The phosphorus quantity increase was connected with the passage of the hardened phosphorus combinations to the assimilated forms in lysimetric waters, and this was ecologically and practically of great importance.
Keywords: bentonite, mineral fertilizer, adsorption, lysimeter, ablution, ion exchange, infrared spectrum, hydrogen connection, nitrogen problem, the Azerbaijan.
Аграрная реформа, проводимая в Азербайджане, требует применения новых технологий. Из-за нехватки в Республике плодородных площадей для возделывания сельскохозяйственных культур необ-
ходимо использовать минеральные удобрения. При внесении в почву азотных удобрений азот сохраняется в виде иона аммония (КЩ)+, а незначительная часть переходит в форму иона нитрата (КОз)-. Так, в
карбамиде амиды азота при взаимодействии с почвой за короткое время переходят в ион аммония, а в аммиачной селитре при взаимодействии с почвой в процессе нитрификации (через 30 дней), почти половина азота переходит в нитратные формы, а полностью через 60 дней [1]. При жаркой и засушливой погоде аммиак из находящейся в почве аммиачной селитры испаряется, загрязняя атмосферу, а в форме нитрата (N03") с атмосферными осадками и орошаемыми водами смывается в нижние горизонты, загрязняя подземные воды [2, 3]. Для решения этой проблемы необходимо наряду с минеральными удобрениями использовать естественные адсорбенты, например бентонитовые минералы, которые дополнительно обогащают почву питательными веществами и способствуют увеличению урожайности сельскохозяйственных культур [4-7].
Вместе с тем, с применением бентонита решаются важные с экологической точки зрения проблемы нитратов и труднорастворимых в почве фосфатов, с переходом которых в усвояемые формы можно предотвратить их вымывание с атмосферными осадками и оросительными водами [4]. Использование для этой цели минерала бентонита в богарных условиях под водопотребный виноград имеет особое значение.
В Азербайджане имеются достаточные запасы бентонитовых глин, например: месторождение Даш-Салахлы (86 млн. т), в составе бентонитовой глины которого содержится примерно 70% монтмориллонита - минерала, обладающего высокой дисперсностью, состоящего из двух наружных слоев: кремнии-кислородных тетраэдров и промежуточно-алюмокислородных октаэдров [7, 8]. При контакте с водой, в зависимости от процентного содержания монтмориллонита в составе бентонита, его объем за счет набухаемости может увеличиваться в 10 раз [5].
Одно из основных свойств бентонита - наличие в его составе обменных ионов К+, Са2+, Mg2+.
Цель исследования - изучить влияние совместного внесения в почву минеральных удобрений с бентонитом для предотвращения потерь питательных элементов и перехода их в усвояемые формы.
Объекты и методы исследований. Полевые исследования с применением механически смешанных образцов бентонита и селитры были проведены на богарных горно-коричневых почвах Горного Шир-вана Азербайджана под виноградники сорта Медресе в зимний период путем механического перемешивания по схеме: контроль - без удобрения; оптимальная норма удобрений - КшРшКш; КюоРшКш
+ бентонитовая глина в соотношении 1:2; ШоРшоКш + бентонитовая глина в соотношении 1:5. В лабораторных условиях механическим водным смешением бентонита и селитры в различных соотношениях (2:1; 5:1; 10:1) были получены несколько образцов и сняты их инфракрасные спектры (ИКС-МкоМ 18-10).
Для изучения миграции элементов питания был использован лизиметрический метод Е.И. Шиловой [9]. С этой целью лизиметр устанавливается в почву до введения минеральных удобрений. Для этого закладывают под растениями разрез глубиной в 1 м и шириной 80 см, соответственно параметрам лизиметра. Такие лизиметры действуют несколько лет и при обработке почвы не мешаю работе техники. Просочившаяся, вода из почвы с питательными веществами в лизиметр отсасывается трубками с использованием ручного насоса. Объем раствора измеряется при помощи мензурки. В растворе анализируется поглощенный аммиак, нитратный азот, водорастворимые формы фосфора и калия. Учитывая площадь лизиметра, все расчеты были проведены в единице измерения кг/га.
Для установления концентрации питательных элементов, поступающих с атмосферными осадками, сравнивали данные водных проб Шемахин-ской метеорологической станции. Обработку водных проб проводили общепринятыми агрохимическими методами.
Результаты. Минералогический и химический состав бентонита месторождения «Даш-Салахлы» представлен в таблице 1.
Результаты ИКС анализа образцов бентонита (рисунок) показывают, что ионы NH4+, находящиеся в обменном состоянии в бентонитовой глине, создают водородную связь между пакетами и кристаллизационной водой, а ион N03% обмениваясь, сохраняется от вымывания, что продлевает действие удобрений. 80% катионов в бентонитовой глине расположены в межпакетной полости, что обеспечивает сохранение ионов NH4+ в любых условиях. При механическом смешивании NH4N0з с бентонитом, обладающем гидрофильностью, NH4N0з диссоциирует на - NH4+ + N0з". В результате в бентоните происходит постепенный ионный обмен катионов К+, Mg2+, Са2+) с ионами NH4+, что приводит к деформации спектров. В спектре 1300-1400 см-1 валентность воды и изменения деформации совпали. Усиление или ослабление этих спектров (в зависимости от образования водородных связей) особенно в пределах спектра 1630-1640 см-1 были явно выяв-
1. Химический (мг-экв/100 г) и минералогический (%) состав бентонита
Наименование образца №+(К+) Са2+(М§2+) Суммарная концентрация обменных катионов Полевой шпат (кристоболит) Монтмориллонит СаСОз (кальцит)
Бентонит (Даш-Салахлы) 50,2 44,5 94,7 11,6 10,7 75,6 2,1
Результаты ИКС 1. Природный бентонит, 2. NH4NOз механически перемешанный бентонитом (5:1)
3. NH4NOз механически перемешанный бентонитом (2:1)
4. Бентонит с растворенным в воде NH4NOз (10:1), ИКС
лены. Это свойство бентонитовой глины предохраняет азот и NOз-) от улетучивания в газообразной форме (ЫЩ) и от вымывания (NOз)-, что частично решит «проблему азота» в земледелии. Вследствие ионообмена между катионами бентонита и NH4- последний концентрируется в нем, а в дальнейшем постепенно вымываясь в процессе орошения усваивается растениями.
В отличие от контроля, использование бентонитовой глины совместно с минеральными удобрениями приводит к повышению в почве концентрации ионов NH4+ и NOз-. Ионы минеральных удобрений КЩ+ и КО3- поглощаются отрицательно и положительно заряженной поверхностью глины бентонита методом обмена катионов и анионов.
Обмен КО3- в бентоните мешает вымыванию из почвы нитратов, и в период вегетации растения обеспечиваются азотом. Таким образом, способность бентонитовой глины поглощать из удобрения (аммиачная селитра) NH4+ и КО3- путем адсорбции продлевает срок усвоения растениями этого удобрения. Предотвращается улетучивание азота в виде газа и смывание нитрата. Тем самым атмосфера и подводные воды защищаются от загрязнения. Одновременно продлевается срок усвоения нитратов растениями.
При внесении азотных удобрений на карбонатных почвах Азербайджана было выявлено что 15-20% азота теряется в виде газообразных соединений, а с осадками возвращается в почву до 15 кг/га азота [5, 7].
При изучении баланса питательных веществ с введением минимальных норм удобрений под виноградники Нагорного Карабаха, выявлено, что в лизиметр вымывается 2,18% азота, 0,03% фосфора, 6,99% калия, а при высоких нормах - соответственно 2,22%; 0,04%; 5,88% от внесенной дозы [1].
На горно-коричневых почвах Ширвана было изучено смывание питательных элементов в лизиметр при совместном применении бентонита с минеральными удобрениями. Просочившуюся в лизиметр воду отсасывали с помощью ручного насоса. Измеряли объем раствора, физико-химическим анализом определяли количество в нем аммонийного и нитратного азота, водорастворимых форм фосфора и калия. Как видно из таблицы 2, объем просочившейся в лизиметр воды в разное время составил 2,2-8,5 л; в зависимости от количества атмосферных осадков этот объем воды менялся. Так, в контроле при использовании минеральных удобрений его было больше, чем при применении смешанного с бентонитом минерального удобрения. В контроле и при нормах минерального удобрения Nl00Pl00Kl20 количество воды в лизиметре составило 8,5-8,3 л, а при соотношении N100^00X120 + бентонита 1:2 и 1:5 составило 7,8-7,7 л. Нужно отметить, что бентонит обладает способностью удерживать влагу, поэтому в варианте, где присутствует бентонит,
объем просачивающейся воды меньше. В последующих сезонах в количестве просочившейся воды наблюдали аналогичные результаты (табл. 2).
В варианте без удобрений вымывание азота, фосфора и калия в лизиметре происходило в слое почвы 0-60 см. В верхнем слое в течение года в варианте без удобрений миграция ЖЫНз + N/N03 составила 12,78 мг/л, или 1,82 кг/га, Р2О5 - 10,52 мг/л, или 1,50 кг/га, К2О - 24,20 мг/л, или 3,45 кг/га.
При применении минеральных удобрений в норме ШоРюоКш годичный смыв азота и калия был высоким. Годичная норма количества минеральной формы азота в лизиметрических водах составила 37,09 мг/л, или 5,29 кг/га, калия - 44,94 мг/л, или 6,42 кг/га. Наименьший смыв азота и калия наблюдали в вариантах минеральное удобрение с бентонитом в соотношении 1:2 и 1:5. В этих вариантах смыв азота соответственно составил 14,17; 13,48 мг/л, или 2,02; 1,92 кг/га, а калия 27,33;24,08 мг/л, или 3,90; 3,44 кг/га.
В результате лизиметрических исследований под виноградником на горно-коричневых почвах горного Ширвана выявлено, что при применении минеральных удобрений в норме ^ооРюоКш смыв азота составляет 7,73%, фосфора - 0,88%, калия 5,49%, а
при смешивании удобрений с бентонитом в соотношении 1:2 эти потери составили соответственно 0,43%; 1,06%; 0,82%, в 1:5 0,22%; 1,17%; 0,22% от внесения годичной нормы удобрений.
По сравнению с естественным фоном применение бентонитовой глины приводит к увеличению концентрации N-N03 в почве. Это связано с тем, что катионы карбамида поглощаются отрица-
тельно заряженными частицами на поверхности глины, его переход в нитратную форму слабеет, поэтому эффект влияния удобрения длится дольше.
Благодаря адсорбционным свойствами бентонитовой глины и соотношению ее с минеральными удобрениями 1:5 можно уменьшить вымывание азота в 35 раз, калия 6,69 раз, а при соотношении 1:2 вымывание азота уменьшить в 24,9 раза, калия - в 1,3 раза.
Из-за отсутствия фосфора в составе бентонитовой глины его влияние на фосфатный режим почвы происходит косвенно. Бентонит как алюмосиликат состоит на 70% из кремния. Замены ионов силиката ионами фосфата образуются трудно растворимые фосфата кальция, что приводит к увеличению в почве количества подвижного фосфора. Увеличение густоты силикатной кислоты в почве создает коррелятивную связь с водорастворимым фосфором.
2. Влияние совместного внесения минеральных удобрений и бентонита
Вариант Водный фильтрат, л Количество, мг/л Количество в воде лизиметра, мг/л Вымывание из удобрений, %
]\ЖН4 N/N03 Р2О5 К2О ]]Н4 N/N03 мччн + N/N03 Р2О5 К2О N Р2О5 К2О
26.о4.2о18
Контроль 8,5 о,28 о,5о о,64 1,5о 2,38 4,25 6,63 5,44 12,75 - - -
^ооРюоКш 8,3 о,72 1,44 о,85 2,77 5,97 11,95 17,92 7,о5 22,99 3,59 о,51 2,71
^ооРшКш + бентонит 1:2 7,8 о,34 о,6о о,92 1,8о 2,65 4,68 7,33 7,17 14,о4 о,22 о,55 о,34
^ооРшКш + бентонит 1:5 7,7 о,32 о,6о о,95 1,56 2,46 4,62 7,о8 7,31 12,о 1 о,14 о,59 -
15.об.2о18
Контроль 5,2 о,28 о,54 о,95 1,5о 1,45 2,8о 4,25 3,43 7,8о - - -
^ооРюоКш 5,3 о,74 1,47 о,83 289 3,92 7,79 11,71 4,39 15,31 2,37 о,3 1,99
^ооРшКш + бентонит 1:2 5,о о,36 о,61 о,92 1,92 1,8о 3,о5 4,85 4,6о 9,6о о,19 о,37 о,47
^ооРшКш + бентонит 1:5 4,8 о,34 о,6о о,99 1,8о 1,63 2,88 4,51 4,75 8,64 о,о8 о,42 о,22
27.о9.2о18
Контроль 2,5 о,26 о,5о о,66 1,46 о,65 1,25 1,9о 1,65 3,66 - - -
^ооРюоКш 2,4 о,7о 1,43 о,78 2,77 4,о3 3,43 7,46 1,87 6,64 1,77 о, 7 о,79
^ооРюоКш + бентонит 1:2 2,2 о,32 о,59 о,96 1,68 о,7о 1,29 1,99 2,11 3,69 о,о2 о,14 о,о1
^ооРюоКш + бентонит 1:5 2,2 о,3о о,56 о,99 1,56 о,66 1,23 1,89 2,17 3,43 - о,16 -
Годовой итог (е)
Контроль 16,2 - - - - - - 12,78 1,82 1о,52 1,5о 24,2о 3,45 - - -
^ооРюоКш 16,о 37,о9 5,29 13,31 1,9о 44,94 6,42 7,73 о,88 5,49
^ооРюоКш + бентонит 1:2 15,о 14,17 2,о2 13,88 1,98 27,33 3,9о о,43 1,о6 о,82
№ооР1ооКш + бентонит 1:5 14,7 13,48 1,92 14,23 2,о3 24,о8 3,44 о,22 1,17 о,22
Примечание. Количество атмосферных осадков в 2018 г. было 584,4 мм, а в 2019 г. - 671,1 мм. В числителе - концентрация, мг/л; в знаменателе - запас, кг/га.
Применение бентонита совместно с минеральным удобрением при нормах NlooPlooKш (1:2 и 1:5) при внесении в почву трудно усвояемые фосфаты удобрения переходят в более усвояемые растениями формы. В отличии от азотных и калийных удобрений в лизиметрических водах количество фосфора в варианте с бентонитом было высоким. При применении дозы Р100 годовой смыв из удобрений составил 0,88%, а при этой же дозе в соотношении 1:2 и 1:5 с бентонитом смыв составил 1,06 и 1,17% (в 1,2-1,3 раза больше). Увеличение концентрации фосфора в лизиметрических водах связано с переходом труднорастворимой формы фосфора в усвояемую, что с экологической и практической точки имеет большое значение.
Результаты исследований 2019 г. были аналогичными результатам 2018 г. Бентонитовая глина как активный естественный сорбент поглощает ионы питательных элементов, долгое время удерживает их и используется растениями постепенно. Ее можно вносить в почву вместе с минеральными и органическими удобрениями. Использование минеральных удобрений и бентонитовой глины позволяет сократить использование удобрений на 30-40% и затраты при их внесении на 30-35%, что приводит к предотвращению опасности загрязнения биосферы и достаточной экономии [4]. Сохранение в почвенной среде длительное время питательных
элементов дает возможность постепенному усвоению их растениями, а это в итоге уменьшает опасность загрязнения природы удобрениями. Использование бентонита комплексно и положительно влияет на химические свойства и режим питания почвы.
Таким образом, способность бентонитовой глины поглощать из минеральных удобрений нитраты NH4+ и N03' путем адсорбции продлевает действие удобрения, что позволяет обеспечить сельскохозяйственные культуры элементами питания на протяжении всего вегетационного периода. При нормах ЫооРтКш происходит наибольшее вымывание азота и калия из удобрений, внесенных в почву. Годичный смыв азота составил 7,73%, фосфора - 0,88 и калия - 5,49%, а при смешивании удобрений с минералом бентонитом в соотношении 1:2 потери составляли соответственно 0,43%; 1,06 и 0,82%. При дозе Р100 годичный смыв фосфора из почвы составил 0,88% от внесенного удобрения, при смешивании фосфорного удобрения (Р100) с бентонитом в соотношениях 1:2 и 1:5 смыв составил соответственно 1,06 и 1,17% от внесенной дозы. Увеличение количества фосфора в лизиметрических водах было связано с переходом закрепленной нерастворимой формы фосфорных соединений в усвояемые, что имеет большое экологическое и практическое значение.
Литература
1. Ахундов Ф.Г. Агрохимия концентрированных и сложных удобрений. - Баку: Элм, 1989. - 189 с.
2. Бобрицкая М.А. Поступление азота с атмосферными осадками и вынос его из почвы лизиметрическими водами // Почвоведение, 1963, № 9. - С. 21-30.
3. Варюшкина Н.М., Никифорова М.В. Превращение азота минеральных удобрений при ежегодном их внесении в дерново-подзолистые почвы // Агрохимия, 1982, № 4. - С. 11-16.
4. Ковриго В.П. Влияние бентонитовой глины на содержание минерального азота в почве / Агрохимическая наука достижения и перспективы: тезисы докладов научной конференции, посвященной 50-летию агрономического факультета Кировского СХИ. - Киров: Кировская ГСХА, 1994. - 83 с.
5. Мамедов М.И. Баланс элементов питания в серо-коричневой (каштановой) почве под виноградником в условиях Азербайджана // Агрохимия, 2015, № 6. - С. 11-18.
6. Мамедов М.И. Режим питания и экологическая оценка внесения удобрений под культуру винограда в Азербайджане: дисс. д.с.-х.н. - Баку, 2018. - 404 с.
7. Мовсумов З.Р. Научные основы эффективности элементов питания растений и их баланс в системе чередования культур. - Баку: Элм, 2006. - 245 с.
8. Ягубов А.И. Научные основы регулирования поверхностных свойств сорбентов на основе природных алюмосиликатов и их использование: дисс. д.х.н. - Баку, 2008. - 303 с.
9. Шилова Е.И. Методы получения почвенного раствора в природных условиях // Почвоведение, 1955, № 11. - С. 86-90.
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ АВТОРОВ
Уважаемые авторы! Обращаем Ваше внимание, что на сайте https://agrochemv.ru/ru/rules обновлена информация об оформлении рукописей статей, направляемых для рассмотрения в редакцию нашего журнала. Дополнительно размещен образец сопроводительного письма, которое должно быть приложено к каждой рукописи.
Особое внимание обращаем на Вашу заинтересованность в правильном указании кодов УДК с включением в их состав региона (страна, область) проведения исследования, т.к. это помогает найти Ваши публикации для цитирования. Также необходимо максимально правильно указывать английское написание фамилий и инициалов ВСЕХ соавторов и мест их работы, что также потенциально увеличит Ваше цитирование.
Дополнительно напоминаем, что ответственность авторов лежит на качественной подготовке аннотаций и подборе ключевых слов, а также их переводу на английский язык.
