Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1 Проблема фосфора в земледелии России 8
1.2 Фосфориты и факторы, влияющие на их эффективность 11
1.3 Агрономическая оценка фосфоритов местных месторождений. Смоленские фосфориты . 20
1.4 Способы повышения эффективности местных фосфоритов 29
1.5 Действие фосфорных удобрений на фосфатное состояние почв 36
2. Экспериментальная часть 41
2.1. Условия проведения исследований 41
2.1.1 Цели, задачи, объекты и методы исследований, схемы опытов, характеристика почв 41
2.1.2 Характеристика метеорологических условий вегетационных периодов 2001-2004 г.г. 49
2.2 Эффективность продуктов нетрадиционной переработки местного фосфатного сырья на дерново-подзолисгых почвах 52
2.2.1 Приготовление и состав удобрений на основе фосфоритов 52
2.2.2 Влияние фосфорсодержащих удобрений разной растворимости на рост и урожайность сельскохозяйственных культур 57
2.2.3 Агрохимические свойства и фосфатное состояние дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под действием фосфорных удобрений . 74
2.3 Эффективность возрастающих доз сожского фосфорита 80
2.3.1 Рост и развитие сельскохозяйственных культур при применении сожского фосфорита 80
2.3.2 Влияние сожского фосфорита на микробиологическую активность дерново-подзолистой почвы 87
2.3.3 Влияние возрастающих доз сожского фосфорита на накопление тяжелых металлов в почве и растительной продукции 92
2.4 Сочетание известкования кислой дерново-подзолистой почвы и внесения в запас фосфоритной муки 95
Выводы 105
Предложение производству 107
Список литературы 108
Приложения 138
- Агрономическая оценка фосфоритов местных месторождений. Смоленские фосфориты
- Цели, задачи, объекты и методы исследований, схемы опытов, характеристика почв
- Агрохимические свойства и фосфатное состояние дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под действием фосфорных удобрений
- Влияние возрастающих доз сожского фосфорита на накопление тяжелых металлов в почве и растительной продукции
Введение к работе
Для обеспечения страны продовольственным и сельскохозяйственным сырьем необходимо получение высокого и качественного урожая растительной продукции, повышение плодородия почвы. Решение этой задачи возможно при правильном использовании минеральных и органических удобрений, содержащих нужные для роста и развития растений питательные элементы. Одним из важнейших условий повышения продуктивности земледелия является степень обеспеченности растений фосфором.
В силу того, что круговорот фосфора в биосфере происходит по седиментационному циклу, значительная часть этого элемента депонируется в виде труднорастворимых минеральных соединений (Петухов М.П. и др., 1985; Наумова Н.Б., Макарикова Р.П., 2002). Органические фосфаты почвы могут усваиваться растениями лишь после минерализации, протекающей очень медленно. Это обусловливает необходимость внесения в почву фосфорных удобрений.
В Российской Федерации в последние десятилетия водорастворилые фосфорные удобрения оказались в ряду самых дорогих промышленных удобрений. Их поставки сельскому хозяйству снизились в 10 раз по отношению к 2000 г. и составили 0,2-0,3 млн. т Р2О5, то есть в пересчете на 1 га это составляет около 3 кг, тогда как в европейских странах вносят 180 кг/га Р2О5 (Чумаченко И.Н., Сушеница Б.А., 2001). Это можно объяснить отсутствием серной кислоты, необходимой для переработки природных фосфатов, дороговизной топлива и энергии, недостатком сырья, экспортом удобрений. За текущий период времени ежегодно из страны вывозится около 15,2 млн. т минеральных удобрений, в том числе смешанных - 3,6 млн. т, калийных - 4,2 млн. т и азотных - 7,4 мли. т (Чумаченко И.Н., Попов П.Д., Тимченко А.И. 2000), что составляет 80-90 % всех производимых удобрений.
1-3 июля 2004 г. состоялся Первый Московский международный химический саммит, на котором рассматривался в числе прочих вопрос о
долгосрочном обеспечении предприятий - производителей фосфатов сырг>ем (Агрохимия России и СНГ..., 2004).
В России баланс производства и потребления фосфатного сырья приближается к дефицитному. Поэтому необходима разработка технологий с использованием низкосортного фосфатного сырья.
К ряду энерго- и ресурсосберегающих технологий относится неполное разложение фосфоритов фосфорной кислотой и безкислотные методы переработки фосфатного сырья в удобрения, например получение суперфосфатно-фосфоритных смесей. Основой для получения этих удобрений в Смоленской области могут служить местные сожские фосфориты.
Данная работа направлена на изучение эффективности фосфоритов Сожского месторождения и удобрений, приготовленных на их основе, установление эффективности их применения на дерново-подзолистых почвах Центрального Нечерноземья.
Актуальность проблемы. В условиях острого дефицита фосфорных удобрений, обусловленного ограниченностью ресурсов высокосортного фосфатного сырья, резким снижением производства и высокой стоимостью удобрений, назрела необходимость производства фосфорных удобрений с использованием в качестве сырья местных низкопроцентных фосфоритов* на основе энерго- и ресурсосберегающих принципов их переработки.
Научная новизна. Предложено получение фосфорсодержащих удобрений пониженной растворимости путем неполного кислотного разложения местных желваковых фосфоритов Сожского и Егорьевского месторождений, изучен состав полученных удобрений, характер их влияния на формирование урожаев, макроэлементный состав и качество сельскохозяйственной продукции, агрохимические свойства и структуру минерального фосфатного фонда дерново-подзолистых почв.
Впервые предложено и агрохимически обосновано использование местных фосфоритов для получения комплексного азотно-фосфорного удобрения (частичный нитрофос - ЧНФ) и суперфосфатно-фосфоритной смеси (СФС).
Получены новые данные об эффективности запасного внесения возрастающих доз сожского фосфорита на кислой дерново-подзолистой почве, об их влиянии на содержание тяжелых металлов в почве и растениях и микробиологическую активность почвы.
Показана эффективность совместного внесения в почву извести и фосфоритной муки.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Получение простых и комплексных удобрений с многокомпонентным
составом фосфатов разной растворимости на основе неполного кислотного
разложения местных фосфоритов, смешивания их с суперфосфатом как способов
увеличения ассортимента и вовлечения в сферу производства удобрений широко
распространенных на территории России конкреционных фосфоритов.
2. Агрохимическое обоснование эффективности полученных удобрений.
Характер изменения фосфатного и микробиологического состояния дерново-подзолистых почв под действием изучаемых удобрений.
Эффективность разных вариантов совместного внесения извести и фосфоритной муки в условиях дерново-подзолистых почв.
5. Энергетическая оценка применения фосфатов пониженной
растворимости.
Практическая значимость. Получение простых и комплексных продуктов неполного кислотного разложения фосфоритов и суперфосфатно-фосфоритных смесей позволит вовлечь в сферу производства удобрений нетрадиционное фосфатное сырье - фосфориты, непригодные для получения водорастворимых фосфорсодержащих удобрений по принятым технологиям, иметь существенную экономию сырьевых ресурсов (серная, фосфорная кислота, апатитовый концентрат), снизить стоимость удобрений (20-30 %), объемы отходов производства, напряженность проблемы фосфора в земледелии России.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях "Проблемы аграрной отрасли в начале XXI века" (г. Смоленск, ССХИ, 2002 г.), "Приемы повышения
плодородия почв, эффективности удобрений и средств защиты растений" (г.
Горки, БГСХА, 2003 г.), "Приемы повышения плодородия почв и эффективности
удобрений" (г. Горки, УО БГСХА, 2006 г.), на Всероссийской научно-
практической конференции "Пути повышения устойчивости
сельскохозяйственного производства в современных условиях" (г. Орел,
ОрелГАУ, 2005 г.), V Всероссийской научно-практической конференции
"Ресурсосбережение и экологическая безопасность" (г. Смоленск, ССХИ, 2006 г.)
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 9 работ, в том числе одна в центральной печати.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех разделов экспериментальной части, выводов и предложений производству, изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы, 2 рисунка и 27 приложений. Список использованной литературы содержит 298 наименований, в том числе 28 иностранных авторов.
Исследования проводились в соответствии с программой МСХиП РФ 05.01 и решением ученого совета агрономического факультета ФГОУ ВПО «ССХИ» (ныне «СГСХА»),
За оказанную помощь автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Самсоновой Н.Е., доктору сельскохозяйственных наук, профессору Гордееву A.M., кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Рассохиной В.В. за предоставленные консультации по вопросам микробиологии почв, а также студентам и лаборантам, помогавшим в выполнении работ на опытах.
Агрономическая оценка фосфоритов местных месторождений. Смоленские фосфориты
Эксперименты, проведенные в первые десятилетия XX века, показали существенные различия агрономической ценности фосфоритной муки, полученной из фосфоритов разных месторождений.
В первой половине 20-го столетия широкомасштабные исследования были выполнены под руководством А.Н. Лебедянцева (1921, 1929, 1935). На базе экспериментальных данных он подразделил изученные фосфориты (22 отечественных и 4 иностранных образца) на 2 группы - легкоусвояемые и трудноусвояемые. В первую группу он включил сещинские, брянские, московские, егорьевские, сибирские, чувашские, сожские и др., а также тунисские (Зебба и Гафса) фосфориты. В группу труднорастворимых объединил Вольский, подольский, тенессийский и флоридский фосфориты.
Сравнительная оценка фосфоритов разного происхождения в нашей стране долгие годы не проводилась. Лишь открытие новых месторождений (Гурьевское, Ашинское, Кингисеппское, Вятско-Камское и др.) определило необходимость проведения исследований по изучению эффективности эгих фосфоритов, с целью выявления пригодности их использования в качестве непосредственного удобрения.
В последние десятилетия 20-го века в разных регионах страны проводились исследования по оценке сравнительной эффективности фосфоритов разных месторождений - вятско-камских, егорьевских, кингисеппских, полпинских и др. (Базегский Э.П., 1968; Корицкая Т.Д., 1967; Сиротин Ю.П., 1962; Сдобникова О.В., 1985). Результаты применения этих фосфоритов на дерново-подзолистых почвах показали, что они обладают сравнительно высоким и примерно равноценным агрономическим эффектом, обеспечивают прибавку урожая сельскохозяйственных культур на уровне 42-78 % от действия двойного суперфосфата (Касицкий Ю.И. и др., 1998; Янишевский Ф.В. с сотр., 1998).
По данным Ю.А. Усманова (1967, 1990) ашинский фосфорит по эффективности на просе, гречихе, вике и люпине не уступал суперфосфату. При его внесении на выщелоченном черноземе отмечалось увеличение содержания в растениях сырого протеина.
В вегетационных и полевых опытах установлено, что забайкальские фосфориты по эффективности уступают суперфосфату, но все же их внесение способствует увеличению урожая зеленой массы овса и поддержанию плодородия дерново-глеевых мерзлотных почв (Пигарева Н.Н., 1992).
По данным Л.Б. Жданова и Н.Б. Богомазова (1986) фосфоритная мука Стойлинского месторождения (Курская область) отличается хорошими агрохимическими свойствами и высокой растворимостью в слабых кислотах. По влиянию на урожайность и качество сахарной свеклы на выщелоченном черноземе она не уступала простому суперфосфату. На территории Красноярского края имеются месторождения фосфоритов: Телекское, Тамалыкское, Сейбинское, Обладжанское и др. с общими запасами руды более 300 млн. т (Трубников Ю.Н., Выручек А.А., 1998). В исследованиях, проведенных в условиях данного региона, отмечается, что фосфоритная мука из руд этих месторождений обладает потенциальными и эффективными удобрительными свойствами (Чумаченко И.Н., 1986; Посашникова А.В., Дудникова Ю.С., 1987; Антонов СИ. и др., 2000).
Фосфориты Молчановского месторождения (Иркутская область) входят в группу доступных растениям, что позволяет непосредственно использовать их в качестве удобрения (Егоров П.А. и др., 1988). В 1983-1993 гг. на территории республики Татарстан проведена первичная агрохимическая оценка Сюндюковского месторождения конкреционно-желваковых фосфоритов. Установлено, что они оказывают положительное действие на эффективное плодородие выщелоченного чернозема (снижается кислотность, увеличивается подвижность фосфатов, повышается содержание доступного фосфора) и на урожайность и качество сельскохозяйственных культур (Алиев Ш.А., 2000). В пределах Воронежской области выявлено свыше 20 месторождений желваковых фосфоритов (12-15 % Р2О5) общим запасом более 800 тыс.т руды. Их использование на черноземах выщелоченных, типичных, обыкновенных повышает содержание подвижного фосфора и позволяет получать прибавки урожая зерновых и овощных культур 30-48 % (Орел А.Н., Романюк В.Н., 1997). О целесообразности использования фосфоритов местных месторождений для получения фосфоритной муки свидетельствуют и другие работы (Игнатов В.Г., 1985; Пауль Р.К., Соколов А.С., 1985; Андреев А.Г., 1986; Шубаков Г.Н., 1986; Завальнюк Н.М. и др., 1989) По этому вопросу имеются сведения ряда зарубежных исследователей. В работах Даньела Фононье (1986), Най, Кирк (Nye, Kirk, 1987) выявлено, что эффективность фосфоритов Франции и Великобритании, соответственно, иногда даже не уступает суперфосфату и зависит от кислотности почв, гонины помола фосфорита, возделываемой культуры и других условий. О довольно высокой эффективности Бразильских, Колумбийских, Перуанских и других фосфоритов говорится в работе Леона с сотр. (Leon, et all, 1976). В Смоленской области тоже есть разведанные месторождения фосфоритов (Сожское, Деснинское, Угранское) (рис. 1), представляющие определенный интерес. На территории области, как и в целом в России, сложилось критическое положение с обеспеченностью сельского хозяйства фосфорными удобрениями. По данным управления химизации и защиты растений и главного вычислительного центра Министерства сельского хозяйства РФ в 2002 г. на территории Смоленской области было внесено 7,4 тыс. т д.в. минеральных удобрений (по РФ - 1303,8 тыс. т), из них фосфорных удобрений - 0,7 тыс. т Р2О5. Фосфоритование в области не проводилось с 1990 года. По данным агрохимического обследования на 1.01.05 г., проведенного ФГУ ГСАС "Смоленская", средневзвешенное содержание подвижных форм фосфора в почвах области составляет 116,8 мг/кг почвы, что соответствует повышенной обеспеченности. Вместе с тем 537 тыс. га обследованных почв (52,3%) характеризуются пониженным (до 100 мг/кг почвы) содержанием этого элемента, из них 224,9 тыс. га (21,9 %) имеют низкую и очень низкую обеспеченность (до 50 мг/кг почвы) подвижными формами фосфора. В сложившихся условиях целесообразно изучение возможности использования месторождений фосфоритов Смоленской области и наладить производство фосфоритной муки на малых предприятиях. Одно из них можно организовать на базе Сожского месторождения конкреционных фосфоритов, расположенного в Хиславичском районе. Оно состоит из 12 участков с общим запасом около 5 млн. т руды. Содержание фосфора колеблется от 14 до 17 %, мощность вскрышных работ составляет 2,5-23 м., наряду с фосфором фосфорит содержит ряд полезных для растений микроэлементов и незначительное количество вредных примесей (кадмий, свинец, уран, торий, фтор) (Погуляев Д.И., 1955). По содержанию тяжелых металлов и фтора сожские фосфориты более благоприятны, нежели егорьевские и брянские (Литвинов B.C., 1995). По описанию Д.И. Погуляева (1955) фосфоритная серия Сожской группы месторождений состоит из 5 горизонтов (слоев) (рис.2): 1. Нижний слой представлен сгруженными желваками в глауконитово-кварцевым песке, его мощность колеблется от 0,18 до 1,04 м. 2. Выше залегает фосфоритная плита из цементированных желваков, ее мощность небольшая - от 0,1 до 0,28 м. 3. На фосфоритной плите залегает галечный слой (0,08-0,12 м) из хорошо окатанных фосфоритных желваков. 4. Верхняя фосфоритная плита представлена галечником, сцементированным фосфоритным цементом в конгломерат. Мощность плиты 0,12-0,18 м. 5. Надплитный (верхний) галечный слой (непостоянен).
Цели, задачи, объекты и методы исследований, схемы опытов, характеристика почв
Целью настоящей работы было изучение эффективности местных желваковых фосфоритов Сожского (Смоленская область) и Егорьевского (Московская область) месторождений и фосфорных удобрений пониженной растворимости, изготовленных на их основе, в условиях дерново-подзолистых почв Центрального района Нечерноземной зоны. В задачи исследований входило: - получить в лабораторных условиях простые и комплексные удобрения с многокомпонентным составом фосфатов разной растворимости на основе неполного кислотного разложения местных фосфоритов, смешивания их с двойным суперфосфатом; - изучить действие сожской фосфоритной муки и приготовленных на ее основе удобрений на рост и развитие сельскохозяйственных культур, макроэлементный состав и качество продукции; - установить влияние удобрений на агрохимические свойства и фосфатное состояние дерново-подзолистых почв; - дать оценку сочетанию известкования кислых дерново-подзолистых почв и внесению в запас местной фосфоритной муки; - дать экологическую оценку применения возрастающих доз сожского фосфорита (содержание тяжелых металлов в почве и растениях) и изучить их влияние на микробиологическую активность почвы. - определить энергетическую эффективность фосфатов пониженной растворимости; Исследования проводились в 2001-2004 г.г. на типичных для Центрального района Нечерноземной зоны дерново-подзолистых почвах. Методической основой исследований были полевые, вегетационно-полевой и лабораторные опыты, а также химические анализы почвы, растений и удобрений. Четыре микрополевых и вегетационно-полевой опыты проводились в 2001-2004 г.г. на почве опытного поля ФГОУ ВПО «Смоленский сельскохозяйственный институт».
Полевой производственный опыт проводился в 2003 г. в СПК «Дружба» Хиславичского района Смоленской области. Агрохимическая характеристика почв опытных участков дана в табл. 2. Почвы дерново-слабоподзолистые легкосуглинистые на лессовидном суглинке (в СПК «Дружба» - на моренном суглинке), малогумусные, слабокислые. Почвы опытного поля института имели очень низкую степень подвижности фосфатов (по Карпинскому-Замятиной), что позволило ожидать высокую эффективность фосфорных удобрений, содержание подвижных форм фосфора и калия среднее. Почва СПК «Дружба» характеризовалась повышенной обеспеченностью подвижными формами P2Os и К20. Изучение эффективности фосфорных удобрений проводилось на азотно-калийном фоне (аммиачная селитра и хлористый калий). Дозу фосфорных удобрений во всех опытах определяли по содержанию в них общего фосфора. Удобрения вносили вручную. Агротехника возделывания культур - принятая для данной зоны. Размещение вариантов в опытах рендомизированное, повторность - 4-х кратная. Опыт №1 (2001-2004 г.г.) микрополевой по изучению эффективности сожского и егорьевского фосфоритов и полученных на их основе суперфосфатно-фосфоритных смесей (СФС) и частично разложенных фосфоритов (ЧРФ) проводили по схеме: 1 - N90K90 - фон; по фону: 2 - Рф сож.; 3 - Рф егор.; 4 - ЧРФ сож.; 5 - ЧРФ егор.; 6 - СФС сож.; 7 - СФС егор.; 8 - Р„ Площадь делянки 2 м2 (1,3 1,5). Учетная площадь 1 м2. Чередование культур в опыте следующее: 2001 г. - горчица белая Заря. Посев - 26 июня. Норма высева семян - 20 кг/га. Уборка - 7 августа в фазу цветения, период вегетации - 42 дня. 2002 г. - ячмень Гонар. Посев - 13 мая. Норма высева семян - 265 кг/га. Уборка - 8 августа в фазе полной спелости зерна, вегетационный период - 88 дней. 2003 г. - яровая пшеница Приокская. Посев - 8 мая. Норма высева - 300 кг/га. Уборка проведена 19 августа в фазе полной спелости, вегетационный период - 104 дня. К пшенице были подсеяны многолетние травы (клевер луговой, овсяница луговая и тимофеевка луговая - 36 кг/га в отношении 2,7:2,3:1, соответственно). 2004 г. - многолетние травы I года пользования при 2-х укосном использовании. Доза фосфорных удобрений в 2001-2003 г.г. - по 90 кг/га Р2О5 ежегодно, в 2004 г. изучалось их последействие. Опыт №2 (2001-2003 г.г.) микрополевой был проведен с целью изучения влияния возрастающих доз сожского фосфорита на продуктивность сельскохозяйственных культур, почвенную микрофлору, накопление тяжелых металлов (ТМ) в почве и растениях. Схема опыта: 1 -N90K90 - фон; по фону: 2 - Р 90; 3 - Р 150; 4 - Р 300; 5 - Р 600; 6 - Р 900 Площадь делянки 2 м2 (1,3x1,5). Учетная площадь 1 м2. Выращивались следующие культуры: 2001г. - горчица белая Заря (посев 6 мая). Норма высева - 20 кг/га. Учет урожая - 27 июня в фазе цветения, период вегетации - 52 дня. Горчица использовалась в качестве сидерата. 2002 г. - озимая рожь Валдай. Норма высева - 275 кг/га. Посев осуществлен 6 сентября 2001 г. Уборка проведена в фазе полной спелости зерна 30 июля. Вегетационный период - 328 дней. 2003 г. - ячмень Гонар. Посев проведен 12 мая. Норма высева - 250 кг/га. Уборка - 20 августа в фазе полной спелости. Продолжительность вегетации -101 день. Опыт №3 (2001-2003 г.г.) вегетационно-полевой по изучению эффективности сочетания известкования и фосфоритования дерново-подзолистой почвы был проведен по схеме: 1 - N90K90 - фон; по фону: 2 - Рф сож.; 3 - известь (СаСОз); 4 - известь - в верхний слой почвы, фосфорит - в нижний (СаСОз/Рф); 5 - фосфорит - в верхний слой, известь - в нижний (Рф/СаСОз); 6 - известь и фосфорит - в один слой почвы (СаСОз+Рф); 7 - 0,5 Рф дозы в 1-ый год - в один слой с известью и 0,5 Рф-в 3-ий год (СаСОз+Рф 0,5); 8 - известь и двойной суперфосфат - в один слой (СаСОз+Рсд) Мощность верхнего слоя почвы - 0-10 см, нижнего - 10-20 см. Доза Р2О5 двойного суперфосфата - 90 кг/га ежегодно, а сожской фосфоритной муки - 270 кг/га в один или два приема в соответствии со схемой опыта. Известь (89 % СаСОз) была внесена в полной дозе (1,5 Нг), что соответствовало 3,6 т/га. Известкование и фосфоритование проведено 4 мая 2001 г.
Агрохимические свойства и фосфатное состояние дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы под действием фосфорных удобрений
При внесении в почву, фосфорсодержащие удобрения оказывают существенное влияние на ее фосфатное состояние, характер которого определяется ее генотипом и свойствами удобрений. Имея представления о превращении фосфора удобрений в данной почве, можно повышать их эффективность путем выбора оптимальных условий применения, форм и доз.
Анализ почвы полевых опытов показал, что использование фосфорных удобрений в целом существенно не изменило кислотность почвы относительно фонового значения (табл. 20). Лишь в вариантах с внесением ЧНФ (опыт №4) кислотность почвы снизилась на 0,4-0,5 pHKci, а гидролитическая кислотность - в 1,3-1,5 раза по сравнению с NK-фоном.
Применение ЧРФ и СФС, несмотря на вынос Р2О5 урожаями, повысило содержание подвижного фосфора в почве по Кирсанову на 25-39, а ЧНФ - на 21-2бмг/кг почвы, что заметно превосходило аналогичный показатель в вариантах с фосфоритом, и было на уровне действия Ред. Наименьшие значения этого показателя были в варианте с Рф.
В производственном опыте внесение ЧРФ и Рсд привело к практически одинаковым изменениям в содержании подвижного фосфора, увеличив значение этого показателя в среднем на 13 мг/кг почвы по сравнению с фоном. Это в определенной степени объясняет полученные здесь близкие величины урожаев.
Слабосолевая вытяжка Карпинского-Замятиной (степень подвижности) в определенной мере отражает качественные признаки почвенных фосфатов, их способность переходить в почвенный раствор. Степень подвижности фосфатов в почве в проведенных полевых исследованиях зависела от растворимости удобрений. Применение новых фосфорсодержащих удобрений повысило ее в 1,4-3,8 раза по отношению к фоновому варианту. По возрастанию значений этого показателя удобрения можно расположить следующим образом: Рф ЧРФ, ЧНФ Рсд СФС.
В вариантах с ЧНФ, ЧРФ, СФС и Рсд степень подвижности фосфатов повысилась в среднем 1,9-2,5 раза по сравнению с Рф и квалифицировалась как высокая. В производственном опыте варианты с ЧРФ и Рсд практически не отличались между собой по степени подвижности фосфатов и превосходили фоновый вариант в среднем в 1,4 раза.
Следует отметить, что с повышением урожайности и, соответственно, выноса фосфора урожаями опытных культур, уменьшался баланс фосфора от 109,3 - ЧНФ-50 до 175,7 - Рф (сож) кг/га и его интенсивность (от Рф к Рсд- в 1,3 раза), которая находилась в пределах 321-220 % к выносу и в среднем составила 256 %. (табл. 21). Чем ниже показатели баланса фосфора удобрений, тем выше коэффициенты его использования из внесенных удобрений.
Солянокислая вытяжка Кирсанова вытесняла в раствор в зависимости от вида применяемого фосфорсодержащего удобрения 6,3-15,6 % остаточных и вновь внесенных фосфатов. Их количество увеличивалось с повышением растворимости удобрений.
Затраты фосфора удобрений сверх выноса Р2О5 урожаями на увеличение содержания этого элемента в почве на 10 мг/кг уменьшались с повышением растворимости фосфорных удобрений (от Рф к Рсд - в 2,6 раза) с колебаниями от 103 до 39-42 кг/га и в среднем составили 62 кг/га. В производственном опыте затраты ЧРФ на увеличение содержания фосфора в почве на 10 мг/кг были практически такими же, как в варианте с Род и в среднем составили 52 кг/га (сверх выноса урожаем). Наиболее тесную связь с процессами почвообразования и степенью окультуренности почвы имеют формы фосфатов в почве, которые являются одной из важнейших характеристик ее фосфатного состояния.
Как отмечают исследователи (Глазунова Н.М., 1976; Хлыстовский А.Д., Князева К.П., 1976; Наконечная М.А., 1979), определение фракционного состава фосфатов на различных типах почв по методу Гинзбург-Лебедевой дает возможность селективно выделить из почвы наряду с А1-Р и Fe-P три отдельные фракции фосфатов кальция (Са-Рь Са-Р2, Са-Р3), отличающихся по растворимости и доступности растениям, что позволяет дать подробную качественную оценку суммы Са-фосфатов и выяснить особенности трансформации фосфора удобрений в почве.
В исследованиях Д.Л. Аскинази (1949), А.В. Соколова (1950), Ф.В. Чирикова (1956), К.Е. Гинзбурга (1981), А.В. Кудеярова (1995) детально изложены современные представления о трансформации фосфатов в почвах. В них отмечается, что в кислых дерново-подзолистых почвах фосфор суперфосфата с течением времени стареет, кристаллизуется и переходит в менее растворимые и слабодоступные растениям формы - фосфаты кальция (Са-р2 и Са-Рз) и фосфаты полуторных окислов (Al-P, Fe-P). В случае применения фосфоритной муки отмечается обратная закономерность, со временем ее растворимость повышается.
Очевидно, изучаемые нами новые фосфорные удобрения (ЧНФ, ЧРФ, СФС) по характеру трансформации в почве должны занимать промежуточное положение между суперфосфатом и фосфоритом, так как в своем составе содержат комплекс фосфатов кальция разной растворимости. Изучение фракционного состава фосфатов дерново-подзолистой почвы по методу Гинзбург-Лебедевой показало, что в фоновом варианте обоих микрополевых опытов их структура на 34-36 % была представлена Са-Рз, на 36-40 % - Ca-Pi и Са-Р2, далее в убывающем порядке следовали запасы Fe-P, А1-Р (табл. 22).
Влияние возрастающих доз сожского фосфорита на накопление тяжелых металлов в почве и растительной продукции
Одним из факторов возможных неблагоприятных изменений окружающей среды при использовании фосфорных удобрений может явиться загрязнение почвы тяжелыми металлами (ТМ) и токсическими элементами (ТЭ), содержащимися в удобрениях.
По данным Т.Х. Ишкаева (1992), В.Г. Минеева (1993), СИ. Цыганок (1994) природные фосфатные руды содержат примеси (мг/кг) кадмия (до 10), свинца (до 1500), мышьяка (до 300), хрома (2-3), никеля (5-6), фтора (18,9), а также стронция, цезия, урана, тория. Практически все эти элементы переходят в состав фосфорных удобрений (Williams С.Н., 1977). Такие тяжелые металлы, как кадмий, свинец, ртуть, медь считаются наиболее опасными, потому что их соединения довольно устойчивы и сохраняют токсические свойства в течение длительного времени. Их фитотоксический эффект проявляется путем ингибирования активности ферментов (щелочной фосфатазы, каталазы, рибонуклеазы и др.) (Алексеев Ю. В. 1987; Черных Н.А. с сотр., 1995).
Есть мнение, что вклад минеральных удобрений в загрязнение почв тяжелыми металлами не столь значителен - 2,5-3 % от общего объема загрязнения (Овчаренко М.М., 1995). Степень загрязнения удобрений зависит, главным образом, от качества сырья, применяемого для их производства. Проводившиеся в нашей стране исследования в большинстве своем свидетельствуют о низком содержании токсичных примесей в отечественном фосфатном сырье. Применение удобрений, полученных на их основе, в рекомендуемых дозах не приводит к существенному увеличению нежелательных элементов в сельскохозяйственной продукции (Постников А.В. и др., 1994).
Однако нет четкой зависимости между содержанием тяжелых металлов в почве и поступлением их в растения. Это, прежде всего, определяется видом растения, свойствами почвы, а также формой содержащегося в ней элемента. Характер распределения тяжелых металлов в биомассе растений носит следующий убывающий характер: корень - стебель - листья - запасающие ткани и семена (Скрипченко И.И., Золотарева Б.Н., 1981; Минеев В.Г., 1984). Критической их концентрацией в растении считается та, при которой происходит снижение урожая на 10-25 % (Кузнецов А.В. и др., 1988, 1995).
В конечном итоге именно почва аккумулирует тяжелые металлы, пестициды и другие химикаты. Большая их часть связывается минеральными и органическими веществами почвы, инактивируется микрофлорой, а это приводит к снижению их доступности растениям и уменьшению общего уровня токсичности (Орлов Д.С. и др., 1991; Цыганов А.Р. с соавт., 1997).
Вопросы применения молотых фосфоритов в качестве непосредственного удобрения не могут быть решены без глубокого научного анализа качества фосфатных руд, в том числе по содержанию в них примесей ТМ и ТЭ, их влияния на почву, продуктивность сельскохозяйственных культур и качество продукции. По содержанию ТМ в сожской фосфоритной муке лидирует медь - 45 мг/кг, свинца содержится 9, а кадмия - 3,5 мг/кг.
Химический анализ подтвердил, что внесение возрастающих доз сожского 4 фосфорита не привело к заметному увеличению содержания тяжелых металлов в почве и растительной продукции (табл. 28).
Концентрация ТМ в почве и растительной продукции сохранилась на уровне фона или незначительно превосходила его и была ниже установленных ПДК в почве в 3 - 17, а в зерне озимой ржи - в 2 - 5 раз, в зависимости от вида ТМ и дозы фосфорита. Даже высокие дозы - 600 и 900 кг/га Р2О5 не привели к заметному накоплению тяжелых металлов. Таким образом, внесение возрастающих доз сожского фосфорита (до 900 кг/га Р2О5) не приводит к накоплению Си, Ni, Zn, Cd в почве и растительной продукции до опасных количеств.
Плодородие почв центральных областей Нечерноземной зоны ограничивается их высокой кислотностью и недостаточным содержанием доступного для растений фосфора.
При оптимизации реакции почвенного раствора повышается урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность минеральных удобрений, улучшается фосфатный режим, биологические и физико-химические свойства почвы.
Вопрос применения фосфоритной муки в сочетании с известковыми удобрениями в Нечерноземной зоне изучен недостаточно. Есть мнение, что имеет смысл вносить эти удобрения в разные слои почвы, с преимуществом внесения фосфоритной муки под вспашку, а извести - под культивацию (Сиротин Ю.П., 1962; Кукреен И.П., Прудников Н.Ф., 1977; Дерюгин И.П. с соавт., 1978). Но этот способ позволяет «удержать» их в зонах внесения лишь в течение одного года, в последующем при вспашке слои перемешиваются и влияние извести на эффективность фосфоритной муки неизбежно. Возможно, что эффект сочетаний известкования и фосфоритования почв в год их проведения зависит не только от процессов взаимодействия в системе почва-известь-фосфорит, но и от выращиваемой в этот год культуры. Для устойчивых к повышенной кислотности почвы культур, имеющих высокую поглотительную активность корневой системы, по-видимому, будет эффективным и размещение извести под вспашку, а фосфоритной муки - под культивацию.
Существует мнение и о возможности совместного внесения извести и фосфоритной муки в один и тот же слой почвы (Игнатов В.Г. с сотр., 1982; Глазунова Н.М., 1988). Эффективность этого приема объясняется созданием микроочагов раздельного действия мелиорантов, при котором известь в год внесения не снижает действия фосфоритной муки.
Для поиска возможностей эффективного сочетания извести и фосфоритной муки местных месторождений фосфоритов в условиях дерново-подзолистых почв нами в 2001-2003 г.г. был проведен вегетационно-полевой опыт, суть которого заключалась в сравнении эффективности внесения извести и сожской фосфоритной муки в разные слои почвы (0-10, 10-20 см, в один слой). По влиянию на динамику линейного роста сельскохозяйственных культур фосфоритная мука, внесенная один раз в дозе 270 кг/га Р2О5, была равноценна ежегодному внесению суперфосфата в дозах 90 кг/га Р205 и была эффективнее внесения одной извести (табл. 29).
В фазы кущения и выхода в трубку зерновых культур совместное внесение извести и фосфоритной муки в разные слои почвы достоверно не повлияло на высоту растений по сравнению с фоновым значением и вариантом СаСОз- В более поздние фазы развития (колошение, цветение) картина изменилась. Сочетание известкования и фосфоритования положительно повлияло на высоту растений овса и яровой пшеницы по сравнению NK-фоном и внесением одной извести, варианты СаСО3+Рф(270), Рф(270)/СаСО3 (овес), СаС03+Рф(135+135) (яровая пшеница) по действию на линейный рост растений оказались на уровне Рф(270)и СаСО3+Рсд90. По влиянию на высоту растений викоовсяной смеси существенно хуже фосфоритной муки без извести оказался вариант СаСОз/Рф(270), который был равноценен СаСОз и NK-фону. Остальные варианты сочетания извести с фосфоритной мукой практически не уступали Рф(270) и были равнозначны по действию на линейный рост растений вики с двойным суперфосфатом на фоне известкования.
