CC BY
16
«ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ»
УДК 631.41:631.445.25
ВЛИЯНИЕ УДОБРИТЕЛЬНЫХ ФОРМ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ НА СВОЙСТВА ТЕМНО-СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
И.М. Тихойкина, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры товароведения,
экспертизы товаров и туризма Орловский государственный университет экономики и торговли E-mail: tihojkina@,yandex.ru Л.Е. Тучкова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры почвоведения и прикладной биологии Орловский государственный университет им И.С. Тургенева E-mail: [email protected]
И.А. Верховец, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры почвоведения и прикладной биологии Орловский государственный университет им И.С. Тургенева E-mail: iverkhovets @mail. ru Е.С. Чувашева, кандидат биологических наук, доцент кафедры почвоведения и прикладной биологии Орловский государственный университет им И.С. Тургенева E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрены актуальные вопросы вторичного использования отходов производства в качестве нетрадиционных удобрительных форм. Представлены данные по ионному составу и уровню токсичности водных вытяжек из почвогрунтов в зависимости от доз удобрительных форм и их сочетаний. Доказано положительное действие различных фракций шлака на водно-физические свойства и питательный режим грунтов. Установлено оптимальное сочетание компонентовудобрительных формдля уменьшения плотности сложения почвогрунтов.
Ключевые слова: почвогрунты, удобрительные формы,отходы производства, цеолиты, осадок сточных
вод.
THE EFFECT OF FERTILIZER FORMS ON THE BASIS OF PRODUCTION WASTES AND NATURAL ZEOLITES ON THE PROPERTIES OF DARK GRAY FOREST SOIL
I.M. Tikhoykina, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor at the Department of Merchandising,
Expertise of Goods and Tourism Orel State University of Economics and Trade L.E. Tuchkova, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Soil Science and
Applied Biology Orel State University named after I.S. Turgenev I.A. Verkhovets, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Soil Science and
Applied Biology Oryol State University named after I.S. Turgenev E.S. Chuvashеva, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Chair of Soil Science and
Applied Biology Oryol State University named after I.S. Turgenev
Abstract. The article deals with topical issues of secondary use of industrial waste as non-traditional fertilizer forms. The data on the ionic composition and toxicity level of water extracts from soils depending on the doses of fertilizer forms and their combinations are presented. The positive effect of different slag fractions on water-physical properties and soil nutrient regime is proved. The optimum combination of components of fertilizer forms for reduction of density of addition of soils is established.
Key words: soils, fertilizer forms, industrial waste, zeolites, sewage sludge.
Интенсивное развитие сельского хозяйства является основным фактором деградационного воздействия на почвенный покров, что приводит к обострению многих экологических проблем. Нарушение активности функций почвенного покрова также связано с ростом земельных площадей, занятых различными отходами производства и потребления. В то же время на сегодняшний день образование отходов является необратимым процессом в развитии человечества, который невозможно полностью исключить. Возможен лишь вариант
поиска методов и технологий вторичного их использования, которые могут быть направлены на восстановление нарушенных сельскохозяйственных земель [2].
Ежегодно в Российской Федерации образуется до 7 млрд. т. отходов, а используется не более 2 млрд. т. В отвалах и хранилищах накоплено более 80 млрд. т. твердых отходов, в том числе токсичных. Из-за недостатка полигонов для захоронения и складирования отходов производства распространена практика их вывоза в места неорганизованного складирования, под которые из сельскохозяйственного оборота изъято более 250 млн. га земель. Между тем, некоторые отходы обладают свойствами, обуславливающими возможность их хозяйственного использования, что предопределяет интерес к отходам как вторичному сырьевому ресурсу, а их возвращение в материальный круговорот приобретает важное экологическое и экономическое значение [6].
В целом отходы могут использоваться в разных отраслях народного хозяйства, но в настоящее время имеют большой спрос в растениеводческом комплексе сельскохозяйственного производства, где находят применение в силу своей химической природы - большинство отходов многокомпонентны по набору элементов и имеют органическую природу, что повышает их сходство с органическим веществом почвы. Часть отходов, однако, не может напрямую использоваться как удобрительный материал, но при определенных технологических приемах может быть использована как основа, субстрат для создания почвогрунтов [3, 4].
Вместе с тем следует учитывать, что применение отходов может сопровождаться рядом негативных процессов, отражающихся на всех компонентах экосистемы - почве, фитоценозе, атмосфере, подземных и поверхностных водах и пр. Так, при определенных условиях возможно загрязнение почв, растительной продукции и природных вод тяжелыми металлами и органическими поллютантами. Причем сила их влияния будет зависеть как от химического состава отходов, так и от порядка их применения (доз, способов, периодичности внесения и т.д.). В то же время, регулируя указанные характеристики, можно свести уровень потенциального негативного воздействия на окружающую среду к минимальному.
В результате хозяйственной деятельности человека существенно усиливается деградация почвенного покрова, увеличивается загрязнение экосистем. Неудовлетворительное состояние агроландшафтов, в частности деградация сельскохозяйственных земель, ставит задачу восстановления экологических функций почв и разработку способов и технологий экологической мелиорации, особое внимание в которых должно уделяться активизации внутренних механизмов и поддержания на оптимальном уровне физического состояния почвы. Одним из приемов почвозащитного земледелия является применение почвогрунтов на основе отходов производства и потребления под определенную культуру, что заметно улучшает свойства почвы. Вторичное использование отходов частично решает проблему их интенсивного накопления и складирования. Оптимальное сочетание полезных характеристик отходов позволяет создавать разнообразные почвогрунты, внесение которых в почву существенно дополняет и улучшает ее физические, химические и биологические свойства, функционально усиливает в ней экологические взаимосвязи. Такой подход к восстановлению экологических функций почвы является альтернативой существующим в настоящее время агротехнологиям возделывания сельскохозяйственных культур [2].
Смесь разнообразных органических и минеральных отходов формирует специфическую среду физического, химического и биологического взаимодействия. Почвогрунты представляют собой комплексную систему, объединенную в процессе формирования из разнородных составляющих органического (осадки сточных вод, навоз, птичий помет, отходы растениеводства и др.) и минерального (фосфогипс, сильвинит, галит, зола, цеолит) происхождения. Каждый из компонентов такого почвогрунта обладает определенным коллоидным составом и рядом благоприятных свойств, грамотное сочетание которых позволяет получить высокоэффективный мелиорант почв, позволяющий значительно повысить ее продуктивность. Отвида и составаиспользуемых отходов зависят физические и химические свойства грунтов, продолжительность их действия и функционирования при внесении в почву. Применение таких почвогрунтов способствует улучшению гранулометрического состава почвы, ее гумусированности, накоплению влаги, а также оптимизации физического состояния и физико-химических характеристик [1].
В связи с отмеченными требованиями нами было изучено влияние отходов производства и потребления на состав и свойства почвогрунтов. Исследуемые почвогрунты были составлены в различных концентрациях на основе темно-серой лесной среднесуглинистой почвы, производственных отходов (шлаковых алюминиевых отсевов), осадка сточных вод и природных цеолитов. Характеристика темно-серой лесной среднесуглинистой почвы(гор. А1):гумус - 5,4-5,5%; фосфор - 12,5-15,0 мг/100 г; калий - 12,0-12,6 мг/100 г; глина - 40-42%; рНСол - 5,2-5,5; рН вод - 5,8-6,0. Схема опыта включала следующие варианты: 1. контроль (темно-серая лесная среднесуглинистая почва, гор. А1);2. почва + шлак (1,5 кг/м2); 3. почва + цеолит (0,75 кг/ м2); 4. почва + осадок сточных вод (0,75 кг/ м2); 5. почва + шлак (1,5 кг/м2) + цеолит (0,75 кг/ м2); 6. почва + шлак (1,5 кг/м2) + осадок сточных вод (0,40 кг/ м2); 7. почва + шлак (1,5 кг/м2) + осадок сточных вод (0,80 кг/ м2); 8. почва + цеолит (0,75 кг/ м2) + осадок сточных вод (0,40 кг/ м2); 9. почва + цеолит (0,75 кг/ м2) + осадок сточных вод (0,80 кг/ м2); 10. почва + шлак (1,5 кг/м2) + цеолит (0,75 кг/ м2) + осадок сточных вод (0,40 кг/ м2); 11. почва + шлак (1,5 кг/м2) + цеолит (0,75 кг/ м2) + осадок сточных вод (0,80 кг/ м2); 12. клумбовый грунт. Почвогрунты готовили смешиванием исследуемых удобрительных форм в указанных дозах с темно-серой лесной почвой.
В таблице 1 приведены данные по ионному составу и уровню токсичности водных вытяжек из
испытуемых почвогрунтов. Установлено, что все исследуемые почвогрунты характеризуются нейтральной реакцией среды почвенного раствора рН 6,8-7,05. Водная вытяжка из почвогрунтов с использованием шлака и осадка сточных вод в соотношении (2:0,5) и (2:1), а также шлака в сочетании с цеолитом и осадком сточных вод (2:1:0,5) по величине реакции среды увеличивается в сторону подщелачивания рН 7,05-7,25.
Таблица 1 - Действие отходов производства на содержание и состав ионов в водных вытяжках _из почвогрунтов_
№ п/п Варианты опытов рН КН4+ N02 - N03 - РО4 3- Микроскоп ирование 1:10, кл/см3 Степень токсичности
мг/дм3
1 контроль (темно-серая лесная среднесуглинистая почва, гор. А1); 7,05 0,182 0,0074 6,946 0,764 540х106 малотоксичные
2 шлак (1,5 кг/м2); 7,05 0,234 0,0122 7,084 0,544 410 х106 малотоксичные
3 цеолит (0,75 кг/ м2); 6,85 0,363 0,1530 7,268 0,810 565 х106 малотоксичные
4 осадок сточных вод (0,75 кг/м2); 6,95 0,324 0,0175 7,820 0,650 450 х106 малотоксичные
5 шлак (1,5 кг/м2) + цеолит (0,75 кг/ м2); (2:1) 7,00 0,117 0,0065 7,360 0,509 980 х106 малотоксичные
6 шлак (1,5 кг/м2) + осадок сточных вод (0,40 кг/ м2); (2:0,5) 7,15 0,299 0,0200 1,150 0,830 865 х106 малотоксичные
7 шлак (1,5 кг/м2) + осадок сточных вод (0,80 кг/м2); (2:1) 7,20 0,065 Следы 0,0045 1,610 0,690 475 х106 малотоксичные
8 цеолит (0,75 кг/м2) + осадок сточных вод (0,40 кг/м2); (1:0,5) 7,05 0,169 0,0096 1,380 0,830 285 х106 малотоксичные
9 цеолит (0,75 кг/ м2) + осадок сточных вод (0,80 кг/ м2); (1:1) 6,95 0,039 Следы 0,0045 0,920 1,020 285 х106 малотоксичные
10 шлак (1,5 кг/м2) + цеолит (0,75 кг/м2) + осадок сточных вод (0,40 кг/м2); (2:1:0,5) 7,25 0,766 0,0340 1,150 0,650 265 х106 малотоксичные
11 шлак (1,5 кг/м2) + цеолит (0,75 кг/м2) + осадок сточных вод (0,80 кг/м2); (2:1:1) 6,85 0,230 Следы 2,070 0,786 1025 х106 малотоксичные
12 клумбовый грунт 6,80 0,65 Следы 1,955 3,605 790 х106 гипертоксичные
Содержание различных форм азота изменялось в зависимости от состава почвогрунтов. Так, в контроле количество ионов аммония составило в водной вытяжке 0,182 мг/дм3 количество нитрит-ионов - 0,0074 мг/дм3, а нитрат-ионов - 6,946 мг/дм3. Внесение в почву шлаковых отходов в дозе 1,5 кг на 1м2 способствовало увеличению содержания ионов аммония почти в 1,3 раза, нитрит-ионов - в 1,6 раза.Количество нитрат-ионов не изменялось в сравнении с контролем. Содержание водорастворимых фосфат-ионов снижалось на 0,22 мг/дм3. Ионный состав водных вытяжек в значительной степени изменялся при применении цеолита 0,75 кг/м2, количество нитрит-ионов возрастало в 20 раз в сравнении с водной вытяжкой из грунтов с внесением шлаковых отходов, при этом количество ионов аммония увеличилось в 4,4 раза в сравнении с контролем. Под действием удобрительных свойств осадка сточных вод ионный состав водных вытяжек изменяется незначительно в сравнении с грунтами, где вносили шлаки и цеолиты.
Сочетание шлака и осадка сточных вод в почвогрунтах (2:0,5), шлака и цеолита в соотношении (2:1) способствует повышению численности одноклеточных микроорганизмов в 1 см3 до 865х10б и 980х106 клеток соответственно. Сочетание шлака, цеолита и ОСВ (2:1:0,5) способствует накоплению ионов аммония 0,766 мг/дм3, но резкому снижению нитрат-ионов 1,15 мг/дм3, при этом резко снижается численность микроорганизмов до 265х10б клеток в 1 см3.При этом отмечается влияние цеолитов в составе почвогрунтов на поглощение и снижение нитрат-ионов в почвенном растворе. Интерес представляет состав водной вытяжки из клумбового грунта, в ее составе отмечено высокое содержание ионов аммония и фосфат-ионов [5].
В зависимости от характеристик компонентов, входящих в состав грунтов, происходит изменение и плотности сложения. Так, использование добавок различных фракций шлака приводит к заметному,
достоверному уменьшению плотности сложения почвогрунтов. Плотность почвогрунта уменьшалась в 1,3-1,5 раза в сравнении с плотностью исходной почвы (контроль). При этом на степень изменения плотности почвогрунтов с добавлением шлаков оказали влияние как массовая доля шлака в составе грунта, так и размер фракций шлаковых отсевов. Добавление в состав почвогрунтов из почвы и шлака, цеолитов приводит к увеличению плотности грунтов в 1,2 раза, при этом изменение массовой доли цеолита в 2 раза не приводит к изменению плотности почвогрунта. Интерес представляют данные, характеризующие изменение плотности грунтов, составленных из органического компонента (осадок сточных вод) и минеральных компонентов (цеолит, шлак). Так, грунты, состоящие из шлака и цеолита, характеризовались плотностью сложения, достигающей величины 0,89 г/см3, что на 0,06 г/см3 превышало значение плотности в грунтах, состоящих из почвы, шлака и цеолита. С увеличением массовой доли цеолита и размера фракции шлака, плотность сложения грунтов снижалась на 0,03-0,04 г/см3. Добавление органических веществ в состав питательных грунтов из шлака и цеолита (1:1) приводит к закономерному снижению плотности сложения грунтов на 0,06 г/см3 с фракцией шлака менее 0,5 мм и на 0,04 г/см3 с фракцией шлака 1-3 мм. Грунты, составленные из шлака и осадка сточных вод (2:1) имели самые низкие значения плотности сложения - 0,65 г/см3 (фракция шлака 1-3 мм) и 0,71 г/см3 (фракция шлака менее 0,5мм).
Таким образом, почвогрунты, состоящие из темно-серой лесной почвы, шлака, цеолита, в разнокомпонентном составе и массовом соотношении, характеризуются благоприятными физико-химическими свойствами, обусловленными низкими значениями плотности сложения. Величина плотности сложения почвогрунтов и их исходных свойств зависит от размера фракций шлака, наличия тонкодисперсных фракций цеолита, органических веществ почвы и осадка сточных вод. В результате исследований установлено, что наиболее благоприятные для роста и развития растений водно-физические и питательные свойства грунтов складываются в варианте почва+шлак. А оптимальная структурная организация почвы способствует улучшению ее водно-воздушного режима и повышению продуктивности агроландшафтов.
Литература
1. Патент 2299873 Российская Федерация, МПК C05 G 1/00. Состав для повышения плодородия почвы / Л.П. Степанова, Е.И. Степанова, И.М. Тихойкина. -№2005127403/12; заявл. 31.08.05; опубл. 27.05.07, Бюл. №15.
2. Белюченко И.С. Влияние отходов промышленного и сельскохозяйственного производства на физико-химические свойства почв / И.С. Белюченко, Е.И. Муравьев // Экологический Вестник Северного Кавказа. - 2009. - Т. 5, № 1. - С. 84-86.
3. Степанова Л.П. Изменение биогенности питательных грунтов и вермикомпостов на основе отходов производства и цеолитов / Л.П. Степанова, И.М. Тихойкина, Е.А. Коренькова, А.В. Таракин, Е.И. Степанова // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2013. - № 1. - С. 58-72.
4. Степанова Л.П., Цыганок Е.Н., Тихойкина И.М. Экологические проблемы земледелия // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2012. - № 1 (34). - С. 11-17.
5. Тихойкина И.М. Влияние удобрительных форм на основе отходов производства и цеолитов на содержание тяжелых металлов в урбанозёмах// Вестник сельского развития и социальной политики. - 2018. -№4 (20). - С. 40-43.
6. Тихойкина И.М., Ашихина М.П., Тихойкин Д.В. Проблема рециклинга отходов производства и потребления и пути ее решения // Природные ресурсы Центрального региона России и их рациональное использование: материалы Международной заочной научно-практической конференции, Орёл, 28 ноября 2017 г. -Орёл: ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», 2017. - 239 с. - С. 114 -118.
7. Титков А.А. Управление земельными ресурсами сельскохозяйственного назначения: генезис понятия и основополагающие функции /Титков А.А.// Вестник аграрной науки. 2019. № 3 (78). С. 122-129.
