Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 11
1.1. Использование фосфогипса в отраслях народного хозяйства 11
1.2. Влияние отвалов фосфогипса на экологическое состояние окружающей природной среды 16
1.3. Эколого- агрономическое и природоохранное значение фосфогипса 19
1.4. Эффективность применения фосфогипса, как комплексного минерального удобрения, в повышении урожайности сельскохозяйственных культур 25
1.5. Экологическая оценка влияния фосфогипса в земледелии 33
1.5.1. Радиоактивность фосфогипса 33
1.5.2. Возможность загрязнения тяжелыми металлами и фтором окружающей среды в условиях применения фосфогипса 35
1.5.3. Накопление тяжелых металлов и фтора в растениях при внесении фосфогипса 42
1.6. Эффективность фосфогипса при рекультивации загрязненных почв 49
1.7. Значение серы в химическом составе почвы и серосодержащих удобрений 51
2. Объекты и методы полевых исследований 55
2.1. Объекты исследований 55
2.2. Условия проведения исследований 59
2.3. Методики проведения исследований 64
Экспериментальная часть
3. Влияние фосфогипса на плодородие дерново-подзолистой почвы 67
3.1. Влияние фосфогипса на кислотно-основные свойства дерново-подзолистой почвы 68
3.2. Влияние фосфогипса на кальциевый режим дерново подзолистой почвы 75
3.3. Влияние внесения фосфогипса на содержание основных элементов питания в почве 79
3.4. Влияние фосфогипса, как серосодержащего удобрения, на содержание серы в дерново-подзолистой почве 85
3.5. Влияние фосфогипса на содержание стронция и тяжелых металлов в почве 88
4. Эффективность фосфогипса при внесении его под картофель 94
4.1. Влияние фосфогипса на формирование урожайности картофеля 95
4.2. Влияние фосфогипса на формирование качества клубней картофеля 99
4.3. Влияние фосфогипса на содержание стронция и тяжелых металлов в клубнях картофеля 107
4.4. Распространенность болезней на клубнях картофеля 113
5. Влияние фосфогипса на формирование урожая и качества зерна ярового ячменя 115
Заключение 120
Предложения производству 121
Список используемой литературы 1
- Использование фосфогипса в отраслях народного хозяйства
- Значение серы в химическом составе почвы и серосодержащих удобрений
- Влияние фосфогипса на содержание стронция и тяжелых металлов в почве
- Влияние фосфогипса на формирование урожая и качества зерна ярового ячменя
Использование фосфогипса в отраслях народного хозяйства
Во всех странах мира, где производят переработку природного фосфатного сырья, имеются отвалы фосфогипса (ФГ). Утилизация ФГ в мире составляет около 15%: как компонент цемента, в качестве замедлителя его схватывания (Peppin С., Carrie С. 2016), модификатор асфальтового битума (Cuadri A.A. et al., 2014), наполнитель бесцементных строительных блоков (Zhou J. et al., 2014), стабилизатор почвы при дорожном строительстве (Горлов А.А., Кречетов П.П., Рогова О.Б. 2015; 2016). ФГ используется в целлю-лозно-бумажной промышленности (Singh M. et al., 2002). Остальное количество ФГ сваливается – суша, прибрежные территории, мировой океан (Villa M. et al., 2009).
В объемах не более 10% его запасов, ФГ используют для производства сульфата аммония и серной кислоты (Борисов и др., 1983; Иваницкий, Клас-сен, Новиков, 1990; Эвенчик, Новиков, 1990; Singh M. et al., 2002). Имеющиеся в составе ФГ остатки фосфоритов и фосфорной кислоты позволяет использовать около 5-6% от общего количества, хранящегося в отвалах, в сельскохозяйственном производстве. В бывшем СССР на нужды сельского хозяйства и строительства утилизировали 7-8% ФГ (Использование фосфогип-са …, 1983; Ангелова, 1997; Бушуев, 2000; Ангелов, Левин, Черненко, 2000). В настоящее время в Российской Федерации практически вся масса ФГ направляется в отвалы, что усугубляет экологическую нагрузку на окружающую среду. В США и Японии ФГ в основном сбрасывается в реки и моря, что наносит огромный вред окружающей среде.
Применение отходов и побочных продуктов промышленного производства минеральных удобрений тесно связано с проблемой рационального использования природных ресурсов. Разработка эффективных технологических решений их использования в земледелии должно базироваться на научно-обоснованном подходе.
Главным направлением утилизации ФГ должно быть применение его в сельскохозяйственном производстве: для проведения химической мелиорации (Окорков, 1989 а,б; Окорков, Мухамеджанова, 1986, 1987; Тишкович, Вирясов, 1987), получения органоминеральных компостов с использованием отходов животноводства (Пилюк, 1994; 1996б; 1996в; Гукалов, Ткаченко, Белюченко, 2006; Муравьев, Добрыднев, Белюченко, 2008), как многокомпонентное минеральное удобрение (Рымарь, Мухина, 2004), для рекультивации почв, загрязненных тяжлыми металлами и нефтепродуктами.
Исследовано, что фосфогипс может успешно применяться в биотехнологиях защиты окружающей среды, где он выступает как носитель бактериальной культуры и, в тоже время, как источник минерального питания для развития микроорганизмов. При этом ФГ может использоваться для очистки нефтесодержащих шламов, снижения содержания подвижных форм тяжелых металлов, как иммобилизационный материал в биофильтрах при газоочистке. Фильтры на основе ФГ по сравнению с другими абсорбентами имеет ряд преимуществ: невысокую стоимость, стимулирует развитие микроорганизмов, создает благоприятные условия для формирования биопленки на поверхности носителя, расширяет поверхность контакта с газоводяным потоком, выполняет протекторную функцию, связывая токсичные компоненты (тяжелые металлы), повышает выход элементарной серы. Учитывая то, что фосфогипс является отходом, то этот способ использования является одной из эффективных технологий защиты окружающей среды (Пляцук, Черныш, Яхненко, 2015).
Имеются сведения, что фосфогипс в дозах 5-25 т/га улучшает пластичность почвы, структуру (Sleiman M. et al., 2015), и уменьшает е плотность (Degirmenci N. et al., 2006). Высокая эффективность фосфогипса отмечается при его внесении в два приема: перед вспашкой и после под культивацию. Дозу ФГ устанавливают в зависимости от содержания натрия в пахотном слое почвы, который необходимо вытеснить кальцием (Байбеков и др., 2012). на содовых солонцах доза внесения ФГ может достигать 35-40 т/га.
При внесении 1 т/га ФГ в качестве многокомпонентного удобрения в почву поступает в среднем (кг): Са – 265, S – 215, P2O5 – 20 и SiO2 – 9.8 (Шеуджен А.Х., Бондарева Т.Н. 2015). Многочисленными работами доказано, что ФГ может успешно применяться в качестве химического мелиоранта и комплексного минерального удобрения почвы (Белюченко и др., 2010; Добрыднев, 2009; Муравьев, Добрыднев, Белюченко, 2008; Кремзин, 1990). В Бразилии до 40% ФГ используют в сельском хозяйстве (Hilton J. 2010).
Установлено, что растворимость ФГ в почве в 12 раз выше в сравнении с растворимостью в воде, что объясняется высоким парциальным давлением CO2 и засолением.
Изучено действие ФГ и других мелиоративных материалов на свойства почвы в севообороте соя – овес – сорго в условиях тропиков при нулевой системе обработке почвы (Hideo C., Carlos C. 2016). Исследование эффективности фосфогипса в Бразилии (район Гуарапурава, штат Парана) при внесении его на поверхность почвы в дозах 0, 1,5, 3,0, 4,5 и 6,0 т/га способствовало уменьшению содержания Mg2+ в слое 0-10 см, Ca2+ и SO42в слое 0-60 см, при этом повысился уровень pH в слое 20-60 см (Michalovicz L. et al., 2014). В вегетативной массе ячменя также увеличилось содержание Ca и S, а Mg – уменьшилось, урожай зерна увеличился с 4,45 до 4,8 т/га при дозе 3 и 6 т/га ФГ, зерна кукурузы – с 9,8 т/га до 10,8 т/га на фоне дозы ФГ 3 т/га.
ФГ состоит в основном из дигидрата сульфата кальция CaSO42H2O ( 92% гипса) и фторсиликата натрия Na2SiF6. Из-за остаточных количеств фосфорной, серной и плавиковой (следы) кислот, содержащихся в ФГ, имеет кислую реакцию (рН 3). Содержание свободной воды в ФГ сильно варьирует в зависимости от условий дренирования и местных погодных условий, в основном ФГ содержит 25-30% влаги (Лапшина и др., 2012; Tayibi H. et al., 2012; Кизинк, 2013; Локтионов, 2013). Удельная поверхность ФГ составляет 3100-3600 см2/г.
Добавление к ФГ известняковой муки способствует увеличению сыпучести смеси, которая может успешно применяться и при гипсовании для рас-солончаковывания и для известкования кислых почв. Нейтрализованный ФГ не образуют прочной структуры под действием влаги, и может вноситься обычными разбрасывателями удобрений с достаточно равномерным рассевом по поверхности поля (Рекомендации ….., 1987).
Известь может быть заменена известьсодержащими материалами, например, торфяной или сланцевой золой, цементной пылью, которая будет способствовать не только освобождению больших площадей, занятых отвалами отходов, но также и получить новое, сбалансированное по основным элементам питания, минеральное удобрение широкого действия.
Фосфогипс может использоваться для получения удобрений длительного действия. Патент, зарегистрированный в США, описывает получение медленно действующее азотное удобрение, как результат взаимодействия ФГ с мочевиной, при температуре 95-160C. Способность мочевины сформировать комплексы с ФГ используется при гранулировании простого суперфосфата без сушки.
Положительные результаты по эффективности получены при компостировании фосфогипса с органическими удобрениями, г.о. навозом КРС и конский, птичьим пометом, отмечено существенное улучшение физико-химических свойств получаемого органоминерального удобрения (Панов и др., 1989; Гукалов, Ткаченко, Белюченко, 2006; Белюченко, Антоненко, 2007). Оптимальное содержание ФГ в компосте должно составлять 10-20%. На гектар пахотной земли можно применять с компостом в среднем 2-3 т/га фосфогипса (Окорков, 2013). Компостирование ФГ с отходами птицеводства позволяет значительно уменьшить потери питательных веществ, г.о. азота, и получить высокоэффективное органоминеральное удобрения. Механизм действия ФГ основан на том, что при его добавлении к помету, сера связывает выделяющийся аммиак в сульфат аммония и одновременно выделяющийся C02 в карбонат кальция.
Расчет показывает, что при содержании в ФГ 90% CaSО4 x 2H2О, на связывание 1 кг N-NH4 азота требуется 8-9 кг CaSО4 x 2H2О ФГ. Для получения компоста на основе ФГ и птичьего помета можно использовать влагопо-глощающие материалы, коими являются солома зерновых культур, стебли кукурузы и т.д. (Панов, Новиков, Хохлов и др., 1989).
Наиболее эффективно применение ФГ в сочетании с навозом КРС, способствующее образованию агрегатов и поступлению в почву питательных элементов (Р2О5, S, Si, Са и микроэлементы) (Вирясов, 1992). Фосфогипс, обладая высокими коагуляционными свойствами, повышает устойчивость органоминеральных комплексов и питательных веществ к выщелачиванию из почвы (Муравьев, Добрыднев, Белюченко, 2008).
Внесение навоза КРС и ФГ, хотя и является высокоэффективным удобрением, но не может исключить применение минеральных удобрений. Оптимальная система удобрения — это совместное внесение минеральных удобрений и органоминерального компоста на основе ФГ и навоза КРС. Такой агротехнический прием апробирован и обеспечил получение очень высокого результата. (Аношин, Босхомджиев, 1983; Бабоходжиев, 1989; Гука-лов, 2012).
Значение серы в химическом составе почвы и серосодержащих удобрений
Сера (S лат. Sulfur) - широко распространенный в природе элемент, имеющий большое значение для нормальной жизнедеятельности растений, среднее содержание его в земной коре составляет 0,05% по массе, в воде морей и океанов – 0,09%. В мире имеются крупные месторождения элементарной серы. Углеводородные полезные ископаемые тоже содержат серу, которая входит в состав органических соединений, из которых сформировались эти ископаемые. Серу извлекают в качестве побочного продукта из нефти, газа, битуминозных песков и угля. Очистка этих видов топлива от серы снижает выбросы серы в атмосферу при их сжигании.
Сера также аккумулируется в вулканически активных областях, и до недавнего времени серным сырьем служили вулканическая сера и пирит (Fe2S). В прошлом веке американский инженер Герман Фраш (1890) разработал способ подземной выплавки серы путем расплава непосредственно в месте е залегания перегретой водой, что расширило использование серы в сельскохозяйственном и промышленном производстве.
В настоящее время серу получают при переработке и очистке нефти и газа. Она поступает на рынок в твердом или расплавленном виде.
Сера – необходимый продукт для химической промышленности, главным образом, в форме серной кислоты. Производство фосфорных удобрений - крупнейший потребитель серы.
Необходимость постоянного поступления серы в растения обусловлено физиологий их роста и развития. Основной источник серы – это органическое вещество почвы (до 98% от валового содержания серы в почве). Существуют комплексные органические соединения серы, например, сульфатэфи-ры и соединения с C-S-связями, однако растения их не могут поглощать. В составе органических соединений, сера окисляется до сульфатной – водорастворимой формы, и уже после этого становится доступной растениям. В результате деятельности микроорганизмов в почве постоянно протекают процессы трансформации серы - превращения между органическими и неорганическими е соединениями. Сульфатная форма серы образуется в процессе минерализации органического вещества почвы, протекающего с участием микроорганизмов. Процесс иммобилизации представляет собой включение сульфатной формы серы в микробную биомассу почвы.
Процесс перехода серы в сульфатную форму в основном протекает при соотношении C:S в органическом веществе менее 200:1, а иммобилизация происходит в тех случаях, когда соотношение С:S превышает 400:1. Определить направленность процессов мобилизации-иммобилизации серы в почве сложно, если соотношение C:S находится в диапазоне между вышеуказанными значениями. Процесс минерализации органического вещества почвы и высвобождения серы чаще всего протекает достаточно медленно для того, чтобы удовлетворить потребности растений в этом элементе. Ежегодно минерализуется около 2% органической серы, что составляет 10 кг/га серы в год. При минерализации органического вещества почвы на каждые 10 частей азота высвобождается 1 часть серы (Шкель, 1979). Образующийся дефицит серы должен ликвидироваться за счет внесения органических или минеральных удобрений, содержащих серу. Имеются данные, что внесение в почву серы и фосфора в соотношении 1:3, и серы и азота 1:5 является наиболее эффективным в повышении усваиваемости фосфора и азота из удобрений и коэффициента их использования (Слюсарев, 2007).
Небольшая часть от валового содержания серы в почве находится в неорганической форме. Наиболее распространенная форма среди неорганических соединений серы в почве – это сульфатная. Сульфаты находятся в составе почвенного раствора, а также в составе таких минералов, как гипс. В затопляемых и слабодренированных почвах образовываются минералы группы сульфидов, например, пирит. Большинство сульфатов хорошо растворимо в воде, мигрируют с инфильтрационными водами, слабо адсорбируются глинистыми и другими почвенными минералами, особенно при низких значениях рН среды. Адсорбированные почвой сульфаты представляют собой резерв серы для питания растений, особенно в подпахотном горизонте почвенного профиля, как правило, имеющего кислую реакцию среды. Специфическая адсорбция сульфат-ионов характерна для тех типов почв, которые имеют высокое содержание свободных оксидов и гидроксидов железа и алюминия. Неспецифическая адсорбция сульфат-ионов почвой ослабляется при известковании и внесении фосфорных удобрений.
Потери серы из почвы в основном происходят за счет вымывания сульфат-ионов из корнеобитаемого слоя почвы в условиях промывного режима и при орошении. Ежегодные потери серы обычно составляют от 5 до 60 кг/ra. По сравнению с паровыми полями под посевами сельскохозяйственных культур вымывание сульфат-ионов, как правило, идет менее интенсивно. Возделывание почвопокровных культур помогает снизить и риск вымывания серы, поскольку она поглощается из почвы растениями и затем возвращается с растительными остатками.
В анаэробных условиях сульфаты восстанавливаются почвенными бактериями до соединений, содержащих сероуглерод, карбонилсульфид, диме-тил-дисульфид, метилмеркаптан и сероводород и др., которые по большей части не могут поглощаться растениями. Как правило, образуются сульфиды двухвалентного железа - минералы группы пирита.
Потери серы с отчуждением е с урожаями сельскохозяйственных культур без соответствующего возмещения за счет внесения удобрений, приводит к истощению е почвенных запасов. На почвах с высокими содержанием органического вещества применение серосодержащих удобрений может быть необязательным, однако наблюдается отзывчивость сельскохозяйственных культур на систематическое внесение серосодержащих удобрений, независимо от типа почв. Наибольшая отзывчивость растений на применение серосодержащих удобрений наблюдается на почвах легкого гранулометрического состава с низким содержанием гумуса. Существует большое количество водорастворимых и медленнодействующих серосодержащих удобрений, которые при оптимальных дозах, сроках и способах внесения способны удовлетворить потребности растений в сере. Элементарная сера нерастворима в воде, необходимо е окисление микроорганизмами, включая тионовых бактерий из рода Thiobacillus (Acidihiobacillus, до доступной растениям сульфатной формы. Скорость процесса окисления в основном зависит от тонины помола элементарной серы и поч-венно-климатических условий. На практике трудно добиться равномерного внесения тонкодисперсной элементарной серы, поэтому е использование непрактично. К тому же серная пыль пожароопасная и может раздражать респираторную систему.
Сульфат кальция (CaS04 2H20) в форме гипса (16-18% S) или фосфогип-са (20-22% S) слаборастворим в воде. В результате его медленного растворения сульфат-ионы переходят в почвенный раствор и в дальнейшем поглощаются растениями.
Влияние фосфогипса на содержание стронция и тяжелых металлов в почве
Потенциальная опасность применения фосфогипса обусловлена наличием в его составе стабильного стронция, общее содержание которого в почвах составляет 0,035 масс. %. Соли и соединения Sr относятся к малотоксичным веществам, однако при его избытке поражаются костная ткань, печень и мозг. Sr близок к кальцию по химическим свойствам, однако он резко отличается от него по своему биологическому действию. Избыточное содержание Sr в почвах, водах и продуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека и животных (по названию реки Уров в Восточном Забайкалье) – поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.
Поэтому важно рассмотреть динамику содержания подвижного (обменного) стронция в почве, а также динамику отношения Са/Sr.
Отношение Са:Sr является основным критерием безопасности при оценке возможного токсического действия фосфогипса. По В.Г. Хоботьеву (1960), в питьевой воде и пищевых продуктах в «здоровой» местности величина отношения Са/Sr в источниках водоснабжения составляет 130-920, в «больной» – находится в диапазоне 15-120. В работе В.В. Ковальского и Е.Ф. Засориной (1965) указывается ориентировочное пороговое значение величины отношения Са/Sr, равное 140 в пищевом рационе. Накопление Sr растениями зависит не только от их биологических особенностей, но и от соотношения содержания других элементов, в том числе фосфора и кальция, в почве (Ковальский, Засорина, 1965).
В фоновом варианте содержание стронция определялось на уровне 1,46 мг/кг, а уже при внесении 1,0 т/га – 2,58 мг/кг, однако при утроении дозы фосфогипса не отмечено адекватного увеличения количества Sr, его величина составила 2,12 мг/кг почвы (табл. 20).
Внесение ФГ обусловило увеличение содержания стронция в почве, но одновременно многократно возрастало содержание калия. Оценка возможного негативного влияния на экологическую безопасность показала, что отношение Са:Sr в фоновом варианте составляло 198, а в вариантах с внесением ФГ при дозе 1,0 т/га -176, а на фоне дозы 3,0 т/га – 312. Таким образом, на фоне возрастающих доз ФГ отношение Са:Sr оставалось достаточно широким и увеличивалось с повышением дозы ФГ. В связи с этим, опасность загрязнения почв и растений при внесении фосфогипса не превышающем 3,0 т/га маловероятна.
Таким образом, при внесении фосфогипса в первый год его действия к концу вегетации картофеля содержание стронция возрастало 0,66-1,12 мг/кг почвы (на 45-77%). На фоновом варианте содержание стронция было на уровне 1,46 мг/кг, при внесении 1,0 т/га ФГ – 2,58 и на фоне 3,0 т/га – 2,12 мг/кг, при этом соотношение Са:Sr на фоновом варианте составляло 198, в варианте фон+1,0 т/га ФГ – 176, и Ф+3,0 т/га ФГ – 312. На основании полученных результатов можно утверждать, что загрязнение почв стронцием при внесении фосфогипса не выявлено. Исследование возможной токсичности фосфогипса в 2014 году показало, что содержание стабильного стронция колебалось от 3,58 мг/кг на фоновом варианте (1 вар.) до 7,66 мг/кг в варианте с внесением 3,0 т/га ФГ. Соотношение кальция и стронция снизилось по всем вариантам опыта: в фоновом варианте оно составляло 97,4, в условиях применения фосфогипса 0,5, 1,0 и 1,5 т/га соответственно 107,5, 116,5, 103,8, а при внесении максимальной дозы ФГ соотношение было практически таким же, как и на фоновом варианте 97,4 (табл. 21).
На третий год последействия ФГ в 2015 году содержание стабильного стронция в почве оставалось примерно на уровне 2014 года: от 3,60 мг/кг на фоновом варианте до 7,72 мг/кг в варианте с внесением 3,0 т/га ФГ. Соотношение Ca:Sr колебалось от 86,9 на фоновом варианте до 85,7 на фоне дозы ФГ 3,0 т/га. При внесении ФГ не превышающем 1,5 т/га соотношение Ca:Sr было на безопасном уровне и составляло 100.
Сужение соотношения Ca:Sr в 2014 и 2015 году можно объяснить потерями кальция из почвы с инфильтрационными водами. Среднегодовые потери кальция из супесчаных дерново-подзолистых почв по данным литературных источников могут достигать значительных величин от 55 до 150 кг/га (Шильников, Федотова, 2003). Анализируя полученные результаты, можно сделать заключение, что при внесении фосфогипса увеличивается содержание стабильного стронция, но одновременно возрастает в еще большем объеме содержание обменного кальция, что обеспечивает экологическую безопасность применения мелиоранта, соотношение Ca:Sr остается в широком диапазоне, гарантирующем допустимость использования фосфогипса в сельскохозяйственном производстве на дерново-подзолистых почвах. Даже при внесении ФГ в максимальной дозе 3,0 т/га соотношение Ca:Sr не уже, чем на фоновом варианте.
Дополнительная антропогенная нагрузка, обусловленная поступлением стронция в почву с фосфогипсом, отражается на биологическом цикле круговорота элементов и вносит коррективы в экологическое состояние системы удобрение-почва-растение-человек. Однако, как показали результаты опыта, при внесении фосфогипса в дозах 0,5-3,0 т/га нарушения экологического состояния агроценоза не обнаружено.
Оценка эколого-токсикологической безопасности применения фосфо-гипса показала, что его внесение в дозе до 3,0 т/га не привело к увеличению содержания тяжелых металлов в концентрациях, превышающих ПДК для почв (СанПиН 42-128-4433-87 и ГН 2.1.7.2041-06) (табл. 22).
Исходное повышенное содержание цинка в почве можно объяснить интенсивным сельскохозяйственным использованием в прошлые годы. В 40-е годы прошлого столетия основатель ВНИИКХ академик А.Г. Лорх применял орошение на полях сточными водами с полей фильтрации г. Люберцы, который в то время был одним из центров машиностроения.
Различия по валовому содержанию тяжелых металлов по вариантам опыта в основном связаны с почвенной пестротой плодородия и различиями в температурно-влажностном режиме сезонов (весна и осень). Применение фосфогипса не привело к существенному превышению установленных норм ПДК для валового содержания тяжелых металлов (СанПиН 42-128-4433-87; ГН 2.1.7.2041-06) (табл. 22).
Валовое содержание цинка в весенних пробах почвы определялось в пределах 56,9-64,3 мг/кг, в осенних пробах – 54,5-63,5 мг/кг, т.е. внесение фосфогипса в возрастающих дозах не оказало значимого влияния на содержание этого элемента в почве.
Влияние фосфогипса на формирование урожая и качества зерна ярового ячменя
Ячмень является одной из основных продовольственных, технических и кормовых культур. В силу своих биологических особенностей: скороспелость, засухоустойчивость, холодостойкость и жаровыносливость, позволяют его возделывать повсеместно (Павловская, Сидоренко, Костромичва, 2011). Сорт ярового ячменя Московский -86, используемый в опыте в качестве объекта исследований, относится к подвиду двурядного ячменя Horde-um sativum L. Ssp. Distichum. Ячмень – типичный самоопылитель. Среди зерновых культур первой группы ячмень самая скороспелая культура, е вегетационный период составляет 65-110 дней.
Общий период вегетации ячменя в 2014 году составил 67 дней. В сухую и теплую погоду, как сложилась в этом году, цветение начиналось перед выходом колоса из влагалища листа. Короткий период вегетации и слабая усваивающая способность корней обуславливают повышенные требования растений к минеральному питанию, что существенно отразилось на его онтогенезе. Достаточность питания, созданная в опыте при совместном применении минеральных удобрений и ФГ в дозах 1,0-3,0 т/га, способствовала ускоренному прохождению фаз развития растений, положительно и достоверно отразилось на росте растений и формировании колоса ячменя. Учт урожая зерна ячменя показал, что применение фосфогипса оказало существенное влияние на его формирование (табл. 37-38).
В контрольном варианте урожай зерна ячменя составил 19,7 ц/га, масса соломы 40,6 ц/га, продукция характеризовалась относительно низкими показателями массы 1000 зерен и содержания белка. В варианте с внесением 0,5 т/га ФГ не выявлено преимущества в формировании урожайности перед контролем, однако масса 1000 зерен была выше. Внесение 0,5 т/га ФГ не способствовало существенному повышению урожайности, однако в сравнении с контролем, достоверно увеличилась масса 1000 зерен с 43,8 до 45,2 г.
При внесении 1,0-3,0 т/га ФГ (3, 4 и 5 вар.) отмечено достоверное увеличение урожая зерна, биомассы соломы и сужение соотношения зерно :солома с 1:2,21 до 1:2,18 по сравнению с этими показателями на контрольном варианте (табл. 38). Прибавка урожая зерна в зависимости от дозы ФГ составила от 1,9 ц/га или 9,6% до 7,8 ц/га или 39,6%, масса 1000 зерен увеличилась с 43,8 до 45,6 г, содержание белка в зерне с 14,4 до 15,1%.
Полученные результаты показывают, что внесение фосфогипса при возделывании ячменя оказало значительное влияние на формирование продуктивности и качества зерна. Наилучшие показатели были получены в варианте с внесением фосфогипса в дозе 3,0 т/га: урожай зерна 27,5 ц/га, прибавка составила 7,8 ц/га или 39,6%.
Исследование химического состава зерна ячменя показало, что внесение ФГ в возрастающих дозах обусловило накопление и кальция, и стронция, при этом выявлена дискриминация стронция (табл. 39).
Увеличение содержания кальция было пропорционально возрастающим дозам фосфогипса и составляло- 867 мг/кг, 900, 918 и 923 мг/кг, прибавка по отношению к контролю составила +22, +55, +73 и +78 мг/кг. Одновременно увеличилось содержание стронция в зерне до 0,95, 1,28, 1,3 и 1,3 мг/кг.
В опыте с ячменем (2014 г.) накопление Са в зерне в сравнении со Sr происходило более интенсивно, чем в клубнях: в зависимости от дозы ФГ (0,5-3,0 т/га) величина КД составила 6,01-8,45 соответственно. Зерно характеризовалось преимущественной концентрацией кальция (КД 1)
Таким образом, установлена агрономически высокая эффективность и экологическая безопасность применения фосфогипса в качестве кальций-серно-фосфорного удобрения для сельскохозяйственного производства, способствующего повышению плодородия дерново-подзолистых почв и продуктивности ячменя. Внесение ФГ в дозах 0,5 - 3,0 т/га обеспечило получение продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим нормам, не выявлено сверхнормативного накопления тяжелых металлов в зерне ячменя.
Определение содержания тяжелых металлов в зерне ячменя также не выявило превышения допустимых норм (табл. 40).
Содержание кадмия по вариантам опыта колебалось в пределах 0,068-0,094 мг/кг, причем наибольшая величина на контрольном варианте. Установленное снижение концентрации кадмия в зернах с увеличением дозы мелиоранта, подтверждает его агроэкологическую эффективность, как деток-сиканта.
Концентрация меди в зерне колебалась от 2,14 до 3,43 мг/кг, что 2,9-4,7 раза ниже установленных норм. Аналогичные результаты по определению цинка в зерне, его содержание при внесении ФГ снижается и не превышает 22,8 мг/кг, что 2,1 раза ниже нормы.
Наибольшая концентрация марганца в зерне ячменя 1,5-1,54 мг/кг, выявлена на контрольном варианте и при внесении ФГ в дозе 0,5 т/га. Увеличение дозы мелиоранта обусловило проявление тенденции к снижению содержания этого элемента.
На содержание кобальта внесение ФГ не оказало значимого влияния, наблюдаемая разница по величине показателя находится в пределах ошибки опыта. Однако, в отношении хрома и никеля обратная картина, установлено увеличение их содержания в зерне, однако его величины находится значительно ниже нормы.
Концентрация свинца по вариантам опыта определялась в пределах 0,18-0,23 мг/кг, что практически ниже МДУ в 2 раза. В отношении мышьяка и ртути, их наличие в зерне ячменя не обнаружено.
Таким образом, включение фосфогипса в систему питания ячменя, обеспечило не только повышение урожайности, но получение продукции, соответствующей по качеству санитарно-гигиеническим нормам.